厦门大学 2023年强基第5题

强基计划真题

📝 题目

已知 $m, n$ 为整数,若二元函数 $f(m, n)$ 满足 $4 f(m, n)=f(m+1, n)+f(m-1, n)+f(m, n+1)+f(m, n-1)$ 则称 $f(m, n)$ 为兔函数,下列是兔函数的有 $\_\_\_\_$。 (1)$f(m, n)=m^{2}-n^{2}$ ;(2)$f(m, n)=\left\{\begin{array}{l}(-1)^{m}, m=n \\ 0, m \neq n\end{array}\right.$ ;(3)$\displaystyle f(m, n)=\mathrm{e}^{n b} \sin \frac{m \pi}{2}$ ,其中 $\mathrm{e}^{b}+\mathrm{e}^{-b}=4$ 。

💡 答案解析

(1)$f(m+1, n)+f(m-1, n)$ $=(m+1)^{2}-n^{2}+(m-1)^{2}-n^{2}=2\left(m^{2}+1-n^{2}\right)$ $f(m, n-1)+f(m, n+1)$ $=m^{2}-(n-1)^{2}+m^{2}-(n+1)^{2}=2\left(m^{2}-n^{2}-1\right)$ $\therefore f(m, n)=m^{2}-n^{2}$ 是兔函数 (2)取 $m=n=2$ 可知 $f(2,2)=1$ $f(m+1, n)=f(m-1, n)=f(m, n-1)=f(m, n+1)=0$ $\therefore f(m, n)=\left\{\begin{array}{cc}(-1)^{m} & m=n \\ 0 & m \neq n\end{array}\right.$ 不是兔函数 (3)$f(m+1, n)+f(m-1, n)$ $\displaystyle =\sin \frac{m+1}{2} \pi \cdot e^{n h}+\sin \frac{m-1}{2} \pi \cdot e^{n b}=0$ $$ \begin{aligned} & f(m, n-1)+f(m, n+1) \\ & =\sin \frac{m \pi}{2}\left(e^{(n-1) b}+e^{(n+1) b}\right)=\sin \frac{m \pi}{2} e^{n b}\left(e^{-b}+e^{b}\right)=4 \operatorname{si} \\ & \therefore f(m, n)=\sin \frac{m \pi}{2} e^{n b} \text { 是兔函数。 } \\ & \text { 6. }(a, b)=1=(a+b, b) \\ & \left(a^{2}+b^{2}, a b\right)=\left(a^{2}+b^{2}+2 a b, a b\right)=\left((a+b)^{2}, a b\right)=1 \\ & \text { 7. } x_{1}=a, x_{2}=b, x_{3}=\sqrt{2} b-a, x_{4}=b-\sqrt{2} a \\

📋 详细解题步骤

步骤 1/5
目标:验证(1)是否为兔函数
计算f(m+1,n)+f(m-1,n)和f(m,n+1)+f(m,n-1),代入f(m,n)=m^2-n^2,得到2(m^2+1-n^2)和2(m^2-n^2-1),和为4(m^2-n^2)=4f(m,n),满足条件。
公式:f(m+1,n)+f(m-1,n)+f(m,n+1)+f(m,n-1)=4f(m,n)
提示:直接代入验证即可
步骤 2/5
目标:验证(2)是否为兔函数
取m=n=2,则f(2,2)=1,但f(3,2)=f(1,2)=f(2,3)=f(2,1)=0,左边和为0,右边4f(2,2)=4,不相等,故不是兔函数。
公式:4f(2,2)=4 ≠ 0
提示:举反例即可
步骤 3/5
目标:验证(3)是否为兔函数
计算f(m+1,n)+f(m-1,n)=sin((m+1)π/2)e^{nb}+sin((m-1)π/2)e^{nb}=0,因为sin((m+1)π/2)和sin((m-1)π/2)互为相反数。
公式:sin((m+1)π/2) = -sin((m-1)π/2)
提示:利用正弦函数的周期性
步骤 4/5
目标:继续验证(3)
计算f(m,n+1)+f(m,n-1)=sin(mπ/2)(e^{(n+1)b}+e^{(n-1)b})=sin(mπ/2)e^{nb}(e^b+e^{-b})=4sin(mπ/2)e^{nb}=4f(m,n),满足条件。
公式:e^b+e^{-b}=4
提示:利用已知条件
步骤 5/5
目标:得出结论
因此(1)和(3)是兔函数,(2)不是。

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