Тема . ММО (Московская математическая олимпиада)

Функции на ММО

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела ммо (московская математическая олимпиада)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#67676

Дана строго возрастающая функция f :ℕ  −→ ℕ
    0   0  (где ℕ
 0  — множество целых неотрицательных чисел), которая удовлетворяет соотношению f(n+f (m ))= f(n)+ m+ 1  для любых m,n ∈ℕ0.  Найдите все значения, которые может принимать f(2023).

Источники: ММО-2023, 11.1 (см. mmo.mccme.ru)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Смотрим на условие задачи внимательно и ищем, за что зацепиться: "функция строго возрастающая", "числа целые неотрицательные", ещё и равенство для функции без всяких степеней, ещё и единичка прибавляется с одной стороны... Мы видим, что правая часть равенства из условия при увеличении m на 1 увеличивается ровно на 1 (эта идея возникает из возрастания функции и целых значений), тогда имеет смысл посмотреть, а как в таком случае меняется левая часть?

Подсказка 2

Если мы оставим n таким же, а m увеличим на 1, то видим, что левая часть изменилась ровно на 1, а, значит, f(n + f(m+1)) = f(n + f(m)) + 1. То есть слева аргумент функции "почти" увеличился на 1 (на самом деле увеличился на 1 аргумент функции внутри аргумента нашей функции:)), а справа увеличилась на 1 сама часть, вне функции... А вспомним-ка про возрастание функции и применим f(m+1) >= 1 + f(m).

Подсказка 3

Теперь мы должны прийти к тому, что вместо неравенства должно выполняться равенство f(m + 1) = f(m) + 1 для любого целого неотрицательного m.

Подсказка 4

Мы уже связали f(m) и f(m+1), остаётся лишь найти f(0), чтобы стартовать от этого значения. Попробуйте подставить в условие самые базовые значения переменных - нули - и найдите f(0).

Подсказка 5

Теперь окончательно получается f(m) = m + 1. Остаётся найти f(2023) и написать ответ!

Показать ответ и решение

Первое решение.

Так как функция f :ℕ0 −→ ℕ0  строго возрастает, то

f(n+ f(m + 1))≥ f(n +f(m)+ 1)≥f(n+ f(m ))+1

Но по условию правая часть равна (f(n)+ m +1)+ 1  и левая часть равна f(n)+ (m + 1)+1,  значит, в обоих неравенствах должно достигаться равенство, то есть при увеличении аргумента на 1, значение функции тоже увеличивается ровно на 1:

f(m+ 1)= f(m )+1

Остаётся найти f(0).  Для этого в исходное условие подставим m =0  и получим

f(n +f(0)) =f(n)+1 =f(n+ 1) =⇒   f(0) =1

В итоге для любого n∈ ℕ0  получаем f(n)= n+ 1,  откуда f(2023)= 2024.

Второе решение.

Подставим m = 0.  Получаем f(n+ f(0))= f(n)+ 1.

После подстановки n =0  получаем f(f(0))= f(0)+ 1.  Тогда f(a)= a+ 1,  где a =f(0).  Заметим, что при a⁄= 0,  ведь иначе f(0)=f(0)+1.  Итак, a∈ ℕ.

После подстановки n =a  получаем f(a+ a)=f(a)+1 =a +2.  Поэтому значения функции на концах отрезка [a;2a]  являются двумя последовательными натуральными числами.

По условию функция f :ℕ0 −→ ℕ0  строго возрастает, а значит, на отрезке [a;2a]  не должно быть других целых точек помимо a  и   2a,  так как в противном случае значения в этих точках совпадали бы с a +1  или a+ 2,  что противоречило бы строгому возрастанию. Тогда 2a− a= 1,  откуда получаем a= 1.

Итак, f(0)=1,f(n+ 1)= f(n)+1,  откуда для любого n∈ ℕ
    0  получаем f(n)= n+ 1.

В итоге f(2023)=2024.

Ответ: 2024

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!