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9. 如果存在某个可测函数g使得对任意x,f(x)<g(x),则f是线性的
容易找到一个正测集X,f在X上有上界,从而在X+X上有上界,而X+X包含一个开区间。


16楼2013-07-04 09:43
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    换个角度
    10. 若存在某个整数n>1使得f(x^n)=(f(x))^n,则f是线性的
    证明:若n为偶数,则x>0时,f(x)=f(x^1/n)^n≥0,由结论3知。
    若n为奇数,任取实数x、有理数q,f((x+q)^n)=(f(x+q))^n,两边分别展开得
    ∑ C(n,i)f(x^(n-i))q^i=∑ C(n,i)(f(x))^(n-i)(f(1))^iq^i
    将之看作q的方程有无穷个解从而各项系数相等,从而f(x^2)=(f(1))^(n-2)(f(x))^2。
    利用n为偶时的结论并讨论f(1)的值知f的解为f(x)=kx,其中k为-1或0或1。
    PS:上述来自博士数学论坛


    17楼2013-07-04 09:56
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      推论一下
      11.1 若n为>1的整数,c为实数,f(x^i)=c(f(x))^i,则f是线性的
      11.2 若n为>1的整数,P(x)为n次多项式,f(P(x))=P(f(x)),则f是线性的
      同10,对x+q展开得各项系数相等


      18楼2013-07-04 10:04
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        12.1 若f(sinx)=sinf(x),则f是线性的
        12.2 若f(e^x)=e^f(x),则f是线性的
        利用结论3,sinf(x)有界从而f(y)在[-1,1]上有界,同理,f(y)在(0,无穷)上为正。


        19楼2013-07-04 10:05
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          13. 若f(1/x)=1/f(x)(x≠0),则f是线性的
          1/(f(x^2)-f(x))=f(1/(x^2-x)=f(1/(x-1))-f(1/x)=1/(f(x)-1)-1/f(x)=1/(f^2(x)-f(x))
          从而f(x^2)=f^2(x)


          20楼2013-07-09 23:34
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            14. f(tanx)=tanf(x)(x≠kπ+π/2),则f是线性的
            f(tan(x+y))=tan(f(x)+f(y)),两边展开并令z=tanx,w=tany得
            f((z+w)/(1-zw))=f(z+w)/(1-f(z)f(w))
            令w=q/z,其中q≠1是有理数,则
            要么存在q使得f(z+q/z)≠0 从而f(1/z)=1/f(z)
            要么f(z+q/z)一直等于0从而f(z)=f(1/z)=0。
            分情况讨论并运用结论13的证明可得f(x^2)取值不稠密,由结论3知f是线性的


            21楼2013-07-09 23:46
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              说了不少结论,也提些问题
              问题1:如果g是一个非线性连续函数,且f(g(x))=g(f(x)),是否f必为线性的?
              问题2:如果g是可测函数且不几乎处处等于某个线性函数,且f(g(x))=g(f(x)),是否f必为线性的?


              22楼2013-07-13 15:32
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                继续讨论一下简单的连续函数:
                15. 如果|f(xy)|=|f(x)f(y)|,则f是线性的


                23楼2013-07-13 15:35
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                  先说几个事实
                  事实1:任何线性空间都有一组基
                  事实2:若V是域F上的线性空间,X∪Y=V,则span(X)=V或span(Y)=V
                  事实1用Zorn引理直接证,事实2:若y不属于span(X),则对任意x∈X,y-x不属于X从而属于Y,从而X包含于span(Y)。


                  24楼2013-07-13 15:54
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                    证明一下结论15:这里将R看作Q上的线性空间,对任意实数x,X0={y| f(xy)=f(x)f(y)},X1={y| f(xy)=-f(x)f(y)}
                    利用事实2以及Xi=span(Xi)(i=0,1)知X0=R或X1=R。
                    令Y0={x|对任意y,f(xy)=f(x)f(y)},Y1={x|对任意y,f(xy)=-f(x)f(y)}。
                    再用事实2以及Yi=span(Yi)知Y0=R或Y1=R。从而f(xy)=f(x)f(y)恒成立或f(xy)=-f(x)f(y)恒成立。从而f(x^2)恒正或恒负,利用结论3知f是线性的


                    25楼2013-07-13 16:06
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                      16. 如果|f(x^2)|=(f(x))^2,则f是线性的
                      经过一系列......计算可得|f(xy)|=|f(x)f(y)|,由结论5知f是线性的。
                      PS:用结论10的方法可将上面的2推广到n>1。


                      26楼2013-07-13 18:53
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                        17. 若f(|lnx|)=ln|f(x)|(x≠0),则f是线性的
                        ln|f(xy)|=f(ln|x|+ln|y|)=ln|f(x)|+ln|f(y)|=ln|f(x)f(y)|


                        27楼2013-07-13 18:57
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                          18. 若f和某个凹(或凸)函数g可交换,则f是线性的
                          证明:以g(tx+(1-t)y)<tg(x)+(1-t)g(y)为例(0<t<1,x<y)。
                          易见2g(0)≤g(x)+g(-x),从而
                          2g(0)≤g(f(y))+g(f(-y))=f(g(y)+g(-y))
                          易知{g(y)+g(-y)|y∈R}是一个区间,由结论3或4可得。


                          28楼2013-07-20 20:27
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                            再换个角度
                            19. 若f限制在某个L-正测集上连续(注2),则f是线性的
                            注2:g限制在集合X上连续和g在X上连续不同,如g在有理数上为0无理数上为1,则g限制在无理数上连续,但g在无理数上不连续
                            PS:向吧主看齐,证明略。


                            29楼2013-07-21 12:54
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                              20. 若f限制在Cantor集上连续,则f是线性的。


                              30楼2013-07-21 12:57
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