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柯西加性方程

柯西加性方程是一類函式方程,其一般形式為 \( f(x+y) = f(x) + f(y) \),這類方程由柯西最早進行研究。滿足這種方程的函式被稱為加性柯西方程,其解通常是正比例函式。柯西加性方程可以擴展到其他形式,但大多數情況下都可以通過轉化為加性柯西方程來求解。

對於加性柯西方程,我們可以從最簡單的有理數部分開始分析。例如,當 \( y = 0 \) 時,有 \( f(0) = 0 \);當 \( y = -x \) 時,得到 \( f(x) = -f(-x) \)。進一步歸納,可以得到 \( f(nx) = nf(x) \),其中 \( n \in \mathbb{Z} \)。因此,對於任意有理數 \( x \),方程的解可以表示為 \( f(x) = f(1)x \)。

為了討論方程在任意實數上成立的條件,我們需要對函式施加一些額外的限制。首先,函式需要是連續的。對於任意無理數 \( a \),可以構造一個有理數序列 \( \{q_n\} \),使得 \( \lim_{n \to \infty} q_n = a \)。由於函式是連續的,我們有 \( f(a) = f(\lim_{n \to \infty} q_n) = \lim_{n \to \infty} f(q_n) = \lim_{n \to \infty} f(1)q_n = f(1)a \)。此外,如果函式在某個區間上局部有界,那麼可以通過類似的推理證明方程在該區間上成立。