Question

Докажите, что любой многочлен можно представить в виде суммы чётной и нечётной функции.

Answer 1

1. Если не лезть в дебри, то рассмотрим такой многочлен:
$f(x)=a_n x^n +a_{n-1} x^{n-1} +a_{n-2} x^{n-2} +...+a_2 x^2 +a_1 x^1 +a_0 x^0$,
где  $a_i$  - коэффициент

Пусть n чётно, т.е. n = 2k. (Для нечётного n доказательство аналогичное). Сгруппируем члены с чётными и нечётными степенями:
$f(x)=(a_{2k} x^{2k} +a_{2k-2} x^{2k-2} +...+a_2 x^2 +a_0 x^0)+ \ \+(a_{2k-1} x^{2k-1} +a_{2k-3} x^{2k-3} +...+a_3 x^3 +a_1 x^1)$

Рассмотрим многочлен g(x) с чётными степенями. Т.к. любое число в чётное степени положительно, то:
$g(x)=a_{2k} x^{2k} +a_{2k-2} x^{2k-2} +...+a_2 x^2 +a_0 x^0$
Покажем, что g(x) функция чётная. Для этого, вместо х подставим (-х):
$g(-x)=a_{2k} (-x)^{2k} +a_{2k-2} (-x)^{2k-2} +...+a_2 (-x)^2 +a_0 (-x)^0= \ \ =g(x)=a_{2k} x^{2k} +a_{2k-2} x^{2k-2} +...+a_2 x^2 +a_0 x^0=g(x)$
Итак, доказали, что функция g(x)=g(-x) чётная.

Рассмотрим многочлен h(x) с нечётными степенями. Отрицательное число в нечётной степени отрицательно.
$h(x)=a_{2k-1} x^{2k-1} +a_{2k-3} x^{2k-3} +...+a_3 x^3 +a_1 x^1$
Покажем, что функция h(x) нечётная, для чего вместо х подставим (-х):
$h(-x)=a_{2k-1} (-x)^{2k-1} +a_{2k-3} (-x)^{2k-3} +...+a_3 (-x)^3 +a_1 (-x)^1= \ \ =-a_{2k-1} x^{2k-1} -a_{2k-3} x^{2k-3} -...-a_3 x^3 -a_1 x^1= \ \ =-(a_{2k-1} x^{2k-1} +a_{2k-3} x^{2k-3}+-...+a_3 x^3 +a_1 x^1)=-h(x)$
Итак, доказали, что функция h(x)=-h(-x) нечётная.

После всего сказанного, имеем:
f(x) = g(x) + h(x)
функция f(x) представима в виде суммы чётной g(x) и нечётной h(x) функций.

2. А теперь углубимся в дебри. Если функция симметрична относительно начала координат, то её можно представить в виде суммы чётной и нечётной функций.
Запишем нашу функцию в таком виде:
$f(x)= frac{f(x)+f(-x)}{2} +frac{f(x)-f(-x)}{2}$
В правильности такой записи легко убедиться, если в правой части произвести сложение.

Рассмотрим функцию:
$g(x)=frac{f(x)+f(-x)}{2}$
Выясним, чётная или нет такая функция, для чего опять подставляем вместо икса минус икс:
$g(-x)=frac{f(-x)+f(-(-x))}{2}=frac{f(-x)+f(x)}{2}=frac{f(x)+f(-x)}{2}=g(x)$
Функция g(x) чётная.

Рассмотрим функцию:
$h(x)=frac{f(x)-f(-x)}{2}$
и выясним её чётность.
$h(-x)=frac{f(-x)-f(-(-x))}{2}=frac{f(-x)-f(x)}{2}=-frac{f(x)-f(-x)}{2}=-h(x)$
Функция h(x) нечётная.

Таким образом, $f(x)= g(x)+h(x)$, где g(x) - чётная, а h(x) - нечётная функция.
Что и требовалось доказать.

* Более подробно см. соответствующий материал, а для 9 класса достаточно этого.