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设函数 f(x) 对一切实数 x,y 满足 f(xy)=x2f(y)+y2f(x)−(xy)2, 且 |f(x)−x2|≤1, 则函数 f(x)= _____.

解

首先代入 x=y=0, 立即得 f(0)=0.

若x,y≠0, 对条件式同除(xy)2, 有f(xy)(xy)2−1=f(x)x2−1+f(y)y2−1,
因此记g(x)=f(x)x2−1, 有g(xy)=g(x)+g(y).
此时不等式条件等价于x2|g(x)|≤1⇒|g(x)|≤1x2(x≠0).

对 g(x), 代入 x=y=0, 又有 g(0)=0; 代入 x=y=1, 有 g(1)=0. 再令 x=y, 有 g(x2)=2g(x)⇒g(x3)=g(x)+g(x2)=3g(x)⇒g(xn)=ng(x).

  • 如果存在 x0,|x0|>1 使 g(x0)≠0, 则n|g(x0)|=|g(x0n)|≤1x0n⇒|g(x0)|≤1nx0n→0(n→∞),
    矛盾;
  • 如果存在 x0,0<|x0|<1 使 g(x0)≠0, 则0=g(1)=g(x0)+g(1x0)⇒g(1x0)=−g(x0)≠0,
    化归到上一种情形,再次矛盾.

因此,只有 g(x)≡0, 即 f(x)=x2,x≠0. 再结合 f(0)=0, 可得 f(x)=x2,∀x∈R.