なんてことはない関数方程式(既出?)

miq ジャッジなし 難易度: 数学 > 高校数学
2024年2月14日18:44 解答数: 0 ギブアップ不可
関数方程式 代数 一昔前のJMO風

解説

与式に $y = 0$ を代入することにより $$f \left( - f \left( 0 \right) \right) = f \left( x f \left( 0 \right) + 1 \right) - x$$ が成り立つから, $f$ は全射である.このとき,$f( s ) = 0$ を満たす実数 $s$ が存在し,与式に $y = s$ を代入して,$$f \left( s f( x ) \right) = f( 1 ) - x$$ が成り立つ.ここで $f( a ) = f( b )$ を満たす任意の実数 $a , b$ について,上の式に $x = a , b$ を代入したものを比較することで $a = b$ を得るから,$f$ は単射である.また $f$ の全射性より,$f( t ) = -1$ を満たす実数 $t$ が存在し,与式に $x = y = t$ を代入して $$f \left( - t + 1 \right) = f( - t + 1 ) - t$$ が成り立つから,$t = 0$ すなわち $f( 0 ) = -1$ を得る.このとき,与式に $x = 0$ を代入すると $$f \left( - y - f \left( y \right) \right) = f( 1 )$$ が成り立ち,$f$ の単射性より $-y - f (y) = 1$ すなわち $f( y ) = - y - 1$ を得る.逆に,任意の実数 $x$ について $f( x ) = - x - 1$ は条件を満たすから,これが解である.