Назад
Задача

На доске написана функция  sin $x$ + cos $x$.  Разрешается написать на доске производную любой написанной ранее функции, а также сумму и произведение любых двух написанных ранее функций, так можно делать много раз. В какой-то момент на доске оказалась функция, равная для всех действительных $x$ некоторой константе $c$. Чему может равняться $c$?

Решение

  Любая функция, полученная описанным способом, – многочлен от  sin $x$ и cos $x$  с целыми коэффициентами. Докажем это индукцией по числу шагов. База очевидна.

  Шаг индукции. Производная многочлена с целыми коэффициентами – многочлен с целыми коэффициентами; аналогичное верно для суммы и произведения. При  $x = 0$  синус и косинус принимают целые значения, поэтому значение многочлена от них с целыми коэффициентами – целое, то есть $c$ целое.   Положим  $f(x) = \sin x + \cos x$.  Запишем на доску  $f'(x) = \cos x - \sin x$,  $f''(x) = - \sin x - \cos x$,  $f'''(x) = - \cos x + \sin x$.  Тогда  $f^2(x) + f'^2(x)$ = 2,  $f(x)f''(x) + f'(x)f'''(x)$ = –2.  Суммируя такие функции, получаем все чётные константы.   Заметим, что  $ \sin x+\cos x = \sin x + \sin \left(\frac{\pi}{2} - x\right) = 2\sin \frac{\pi}{4}\cos \left(x - \frac{\pi}{4}\right) = \sqrt{2}\cos \left(x - \frac{\pi}{4}\right)$.   Поэтому все функции, которые можно получить, – это многочлены от  $\sqrt{2}\cos (x - \frac{\pi}{4})$  и  $\sqrt{2}\sin (x - \frac{\pi}{4})$  с целыми коэффициентами и нулевым свободным членом. При  $x = \frac{\pi}{4}$  остаются лишь члены с косинусом (равным 1). Коэффициенты при чётных степенях косинуса чётны, а при нечётных либо иррациональны, либо равны нулю. Целочисленное значение получится, если сумма коэффициентов при нечётных степенях равна 0, но тогда значение чётно.

Ответ

Любому чётному числу.

Чтобы оставлять комментарии, войдите или зарегистрируйтесь

Комментариев нет