(AI giải đề cho tôi)
Câu 1.
a) Tồn tại. Chọn f(n)=n+1 với mọi n∈Z. Rõ ràng f là song ánh từ Z vào Z (nghịch đảo f−1(m)=m−1). Khi đó với mọi n∈Z:
f(2f(n))=f(2(n+1))=f(2n+2)=(2n+2)+1=2n+3.
Vậy thỏa mãn yêu cầu.
Kết luận: Tồn tại, chẳng hạn f(n)=n+1.
b) Không tồn tại. Giả sử ngược lại có song ánh f:N→N thỏa mãn f(2f(n))=2n+3 với mọi n∈N. Vì f là song ánh nên khi n chạy khắp N, f(n) chạy khắp N, do đó tập {2f(n):n∈N} đúng bằng tập tất cả các số chẵn trong N. Suy ra
f(tập caˊc soˆˊ cha˘˜n)={2n+3:n∈N},
tức là f đưa toàn bộ tập các số chẵn (một tập vô hạn) một-một lên tập {2n+3} (các số lẻ bắt đầu từ 3 hoặc 5 tùy cách quy ước N).
Xét phần còn lại của tập xác định: tập các số lẻ trong N, cũng là một tập vô hạn. Vì f là đơn ánh và các giá trị f(m) với m chẵn đã chiếm trọn tập {2n+3}, nên với mọi m lẻ, f(m) không thể thuộc {2n+3}; do đó
f(tập caˊc soˆˊ lẻ)⊆N∖{2n+3:n∈N}.
Phần bù này chỉ gồm các số chẵn đã bị "loại khỏi hình ảnh bởi ràng buộc trên" — cụ thể chỉ là hữu hạn phần tử đầu tiên (ví dụ nếu N={1,2,3,…} thì {2n+3}={5,7,9,…} và phần bù là {1,2,3,4}; nếu N={0,1,2,…} thì {2n+3}={3,5,7,…} và phần bù là {0,1,2}). Vậy tập vô hạn các số lẻ phải được f (đơn ánh) đưa vào một tập hữu hạn — điều này mâu thuẫn với tính đơn ánh của f (vô hạn phần tử khác nhau không thể có vô hạn giá trị đôi một khác nhau trong một tập hữu hạn).
Kết luận: Không tồn tại song ánh f:N→N thỏa mãn f(2f(n))=2n+3, ∀n∈N.