Feladat: Gy.2752 Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Füzet: 1992/október, 304 - 305. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Magasabb fokú egyenletek, Függvényegyenletek, Gyakorlat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1992/február: Gy.2752

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A bizonyítást többféle módon is végezhetjük. Kiszámolhatjuk f(f(f(x)))-x-et,majd az így kapott nyolcadfokú egyenletet megoldjuk (könnyen felírhatjuk első és harmadfokú tényezők szorzataként). Az is elegendő, ha mutatunk csatlakozó intervallumokat, ahol a függvény előjelet vált. Most egy egyszerűbb, de legalábbis kevésbé számolós megoldást mutatunk.
Ha |x|=2+α, ahol α>0, akkor f(x)=(2+α)2-2=2+α+(3α+α2)>2+α=|x|, azaz |x|>2 esetén f(x)>|x|, s így f(f(f(x)))>f(f(x))>f(x)>x. Elegendő tehát a [-2;2] intervallumot vizsgálni.

 
1. ábra
 
2. ábra
 
3. ábra

Felrajzolva f grafikonját látható, hogy a [-2;0], illetve a [0;2] intervallumban f felveszi a [-2;2] zárt intervallum minden értékét, méghozzá mindegyiket pontosan egyszer. Ezután ugyanígy a [-2;0] és a [0;2] is 2‐2 részre osztható, amelyeken f(f(x)) veszi fel egyszeresen a [-2;2]] intervallum számait (az egyes részintervallumok: [-2;2],[-2;0], [0;2],[2;2], bár a konkrét értékekre nincs is szükségünk), majd ezek mindegyike további két részre osztható, ahol f(f(f(x))) viselkedik ugyanígy. Ez az összesen nyolc intervallum lefedi az egész [-2;2] intervallumot. Felrajzolhatjuk f(f(f(x))) sematikus grafikonját.
A nyolc intervallum mindegyikében pontosan egy megoldása van az x=f(f(f(x))) egyenletnek, és azok, az utolsót kivéve, az intervallumok belsejében találhatók, így nem eshetnek egybe. Tehát kaptunk nyolc különböző valós megoldást, és több megoldás nincs, mivel az egyenlet nyolcadfokú.