(AI giải đề cho tôi)
Đáp án: P(x)=ax2 với a là hằng số thực tùy ý.
Bước 1: Thay x=y=z=0 ta được 3P(0)=6P(0), suy ra P(0)=0.
Bước 2: Thay (x,y,z)=(t,−t,0) (thỏa x+y+z=0):
P(t2)+P(t2)+P(0)=2[P(−t2)+P(0)+P(0)]⇒P(t2)=P(−t2).
Vì tập t2:t∈R=[0,∞) và P là đa thức, hai đa thức P(u) và P(−u) trùng nhau trên [0,∞) nên trùng nhau trên toàn mathbbR, tức P là đa thức chẵn. Vậy P(x)=Q(x2) với Q(t)=sumk=0ncktk.
Bước 3: Khi x+y+z=0, không mất tổng quát giả sử z=−(x+y). Đặt u=x2,v=y2, phương trình trở thành
Q(u2)+Q(v2)+Q((u+v)2)=2big[Q(uv)+Q(v(u+v))+Q(u(u+v))big]
với mọi u,vge0, do đó là đồng nhất thức đa thức theo u,v. So sánh từng bậc, với mỗi k phải có
u2k+v2k+(u+v)2k=2big[(uv)k+(v(u+v))k+(u(u+v))k].
- k=0: 3c0=6c0Rightarrowc0=0.
- k=1: vế trái =2u2+2v2+2uv, vế phải =2u2+2v2+6uv, không đồng nhất Rightarrowc1=0.
- kge1 nói chung: thay v=u, vế trái =u2k(2+4k), vế phải =2u2k(1+2k+1). Đồng nhất đòi hỏi 4k=2k+2, tức 2k=k+2, suy ra k=2. Vậy ck=0 với mọi kneq2.
Bước 4: Kiểm tra k=2 thỏa mãn: với x+y+z=0 ta có x2+y2+z2=−2(xy+yz+zx) và
x4+y4+z4=2(x2y2+y2z2+z2x2),
(do (x2+y2+z2)2=4(xy+yz+zx)2 và (xy+yz+zx)2=x2y2+y2z2+z2x2+2xyz(x+y+z)). Do đó với P(x)=ax2:
P(x2)+P(y2)+P(z2)=a(x4+y4+z4)=2a(x2y2+y2z2+z2x2)=2[P(xy)+P(yz)+P(zx)].
Kết luận: Tất cả các đa thức thỏa mãn là P(x)=ax2, ainmathbbR.