改进两定理,研究抽象函数值为分式递推型的周期性

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ciper618
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  定理一 设数列{an}满足an+1=ban+cdan+e(be-dc≠0,db≠0),记系数组成矩阵A=bc
  de,则an+l可表示为an+l=blan+cldlan+el,此处blcl
  dlel=Al.
  定理二 对于递推数列an+1=ban+cdan+e,其系数对应于A=bc
  de,则该数列为非常数的周期数列的充要条件是存在一个正整数l≥2,使Al为数量矩阵,即Al=a0
  0a(a≠0),其中l就是数列{an}的一个周期.
  以上两个定理对递推数列an+1=ban+cdan+e具有周期性的判别进行了很好的简述,笔者从中获取到如下启发:数列中的an与an+1就是函数值,那么抽象函数f(x)满足f(x+a)=bf(x)+cdf(x)+e恒成立的周期性能用上面的定理的系数关系解决吗?若能,周期与l有什么关系?笔者通过研究论证,发现将上述两个定理可以改进如下:
  定理一(改) 设抽象函数f(x)满足
  f(x+a)=bf(x)+cdf(x)+e(be-dc≠0,db≠0),
  记系数组成矩阵A=bc
  de,则
  f(x+la)可表示为f(x+la)=blf(x)+cldlf(x)+el,
  此处blcl
  dlel=Al.
  证明 当l=1时,f(x+a)=bf(x)+cdf(x)+e,则
  f(x+a)对应矩阵A=bc
  de.当l=2时,
  ∵f(x+2a)=bf(x+a)+cdf(x+a)+e=(b2+dc)f(x)+bc+ec(bd+de)f(x)+dc+e2,
  ∴f(x+2a)对应矩阵b2+dcbc+ec
  bd+dedc+e2.
  而A2=bc
  debc
  de,∴f(x+2a)对应矩阵A2.
  假设l=k时,f(x+ka)=bkf(x)+ckdkf(x)+ek,f(x+ka)对应于矩阵Ak=bkck
  dkek,则l=k+1时,
  f(x+(k+1)a)=bf(x+ka)+cdf(x+ka)+e
  =(bbk+cdk)f(x)+bck+cek(dbk+edk)f(x)+dck+eek,
  而Ak+1=AAk=bc
  debkck
  dkek=bbk+cdkbck+cek
  dbk+edkdck+eek,
  ∴f(x+(k+1))对应于矩阵Ak+1.
  定理二(改) 对抽象函数f(x)满足f(x+a)=bf(x)+cdf(x)+e(be-dc≠0,db≠0),记系数组成矩阵A=bc
  de,则该函数为非常数的周期函数的充要条件是存在一个正整数l≥2,使Al为数量矩阵,即Al=h0
  0h(h≠0),其中l|a|就是函数f(x)的一个正周期.
  证明 由定理一(改)可知,该函数为非常数的周期函数存在一个正整数l≥2,对于任意x∈R都有f(x+la)=f(x)=hf(x)+00f(x)+hAl为数量矩阵h0
  0h(h≠0).
  注 对于抽象函数f(x)满足f(x+a)=bf(x+m)+ddf(x+m)+e(a≠m),只要用x-m替换x,可转化为定理二(改)情况处理.
  例1 (2006年北京东城模拟)设函数f(x)的定义域为R,且f(x+2)[1-f(x)]=1+f(x).又f(2)=2+2,则f(2006)=
  解 由f(x+2)[1-f(x)]=1+f(x),
  得f(x+2)=f(x)+1-f(x)+1.
  其系数对应于矩阵A=11
  -11.
  ∵A4=-40
  0-4,
  由定理二(改)知,该函数f(x)的周期为8.
  又 ∵A2=02
  -22,则f(x+4)=0f(x)+2-2f(x)+0=-1f(x).
  又 f(2)=2+2,
  ∴f(2006)=f(250×8+6)=f(6)=-1f(2)=2-22.
  例2 已知定义在(-∞,+∞)上的奇函数f(x)满足关系式f(x+1)=1-f(x)1+f(x),当0  A.1B.-1C.12D.-12
  解析 A=-11
  11.又A2=20
  02,
  由定理二(改)可知,该函数为周期函数,周期为2.
  又 f(x)是(-∞,+∞)上的奇函数,
  故f(5.5)=f(5.5-6)=f(-0.5)=-f(0.5)=-1.
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