Çözüm: Soruda Verilen Denklemlerle n Pozitif Tam Sayısını Bulma
Sorunun İnceleme ve Verilen Bilgiler:
Elimizde türevlenebilir bir f fonksiyonuyla ilgili bilgiler ve bir türevsel eşitlikler sistemi var:
- İlk denklem:
- İkinci denklem:
Bu eşitlikler sağlanıyor. Buna ek olarak:
- n pozitif tam sayısı için,
Burada “n tane f fonksiyonu bileşimi” yapılmış. Soru bizden n tam sayısını bulmamızı istiyor.
Adım 1: Verilen Denklemlerde Fonksiyon ve Türev Değerlerini Çıkarmak
Öncelikle birinci denklemden f(1) değerini bulalım:
Sonra ikinci denklemden f(2) değerini bulalım:
Adım 2: Türev Bilgileri
Birinci denklemden:
İkinci denklemden:
Artık elimizde fonksiyon f ile ilgili temel bilgiler var:
- f(1) = 2,
- f(2) = 1,
- f'(1) = 2,
- f'(2) = 4.
Adım 3: Bileşke Fonksiyon ve Zincir Türev Kuralı
Bileşke fonksiyonun türevini hesaplamak için zincir türev kuralını kullanırız. Kural şudur:
Eğer:
bileşkesinin türevi \frac{d}{dx}(g(h(x))), şu şekilde hesaplanır:
Birden fazla bileşke fonksiyon için, türev her adımda tekrar hiyerarşik olarak işler.
Adım 4: Genel Formülün Uygulanması
Soruda verilen:
n tane f fonksiyonunun bileşimi yapılmış.
Bu tür ifadelerde türev şu şekilde hesaplanır:
- İlk türev aşaması:
Bunu tekrar birçok bileşke için uygularsak:
Adım 5: Sorudaki Türev Hesabı
f(1) değerini biliyoruz:
Birinci türev:
İkinci bileşke için:
ve
n tane bileşke için türev:
Her adımda türev çarpanlarını bir araya toplarız:
Tüm türev çarpımı 128’e eşit veriliyor.
Her türev çarpımı 2 ve 4 periyodik olarak tekrar eder:
Şimdi çarpanların sayısını bulmak için:
Burada:
Kaç tane 8 çarpanı olduğunu bulalım:
128’i 8 tabanında yazarsak:
Bu durumda n = 6 olur; çünkü her bileşke türevi iki çarpan içerir.
Sonuç
n pozitif tam sayısı:
Aşağıdaki kısa çözüm, soruyu yanıtlamaktadır:
• Verilen koşullardan önce
2 f(1) = 4 ⇒ f(1) = 2
2 f(2) = 2 ⇒ f(2) = 1
f′(1) = 2 ve f′(2) = 4
elde edilir.
• f(1) = 2 ve f(2) = 1 olduğu için f’yi 1 noktasından art arda uyguladığımızda,
1 → 2 → 1 → 2 → …
biçiminde 1 ile 2 arasında sürekli dönen 2 - döngü oluşur.
• Bileşke fonksiyonun türevi için zincir kuralı:
(fⁿ)′(1) = f′(fⁿ⁻¹(1)) ⋅ f′(fⁿ⁻²(1)) ⋅ … ⋅ f′(f(1)) ⋅ f′(1).
Yukarıdaki döngü sebebiyle f′(1) = 2 ve f′(2) = 4 değerleri sırayla çarpıma girer; dolayısıyla çarpım
n = 1 için: 2
n = 2 için: 2 × 4 = 8
n = 3 için: 2 × 4 × 2 = 16
n = 4 için: 2 × 4 × 2 × 4 = 64
n = 5 için: 2 × 4 × 2 × 4 × 2 = 128
olur.
Bu nedenle (fⁿ)′(1) = 128’i sağlayan n değeri 5’tir.
Soru:
Gerçek sayılarda türevlenebilir bir f fonksiyonunun
• 2 \cdot f(1) = f'(2) = 4
• 2 \cdot f(2) = f'(1) = 2
özelliklerini sağladığı biliniyor. Buna göre pozitif tam sayı n için
olduğunda n kaçtır?
Cevap:
-
Öncelikle verilen bilgilere göre:
- 2 \cdot f(1) = 4 \implies f(1) = 2.
- 2 \cdot f(2) = 2 \implies f(2) = 1.
- f'(1) = 2,\quad f'(2) = 4.
-
n defa üst üste yapılan bileşke fonksiyonun türevini, zincir kuralı (chain rule) ile yazalım:
\bigl(f^n\bigr)'(x) \;=\; f'\bigl(f^{n-1}(x)\bigr)\,\cdot f'\bigl(f^{n-2}(x)\bigr)\,\cdots\,f'(x).Burada f^n “f fonksiyonu n kez bileşke yapıldı” anlamındadır.
-
Özellikle x=1 için:
\bigl(f^n\bigr)'(1) \;=\; f'\bigl(f^{n-1}(1)\bigr)\,\cdot f'\bigl(f^{n-2}(1)\bigr)\,\cdots\,f'(1).Dolayısıyla bileşkenin türevini bulmak için önce f^k(1) değerlerinin döngüsüne bakalım:
- f(1) = 2.
- f(2) = 1.
Bu iki değer birbirini tekrarladığı için,
f^1(1) = 2, \quad f^2(1) = 1, \quad f^3(1) = 2, \quad f^4(1) = 1, \dotsşeklinde 1 ve 2 arasında gidip gelen bir döngü oluşur.
-
Türev değerleri de buna göre sırayla
f'(1) = 2,\quad f'(2) = 4biçiminde tekrarlar. Dolayısıyla \bigl(f^n\bigr)'(1) çarpımında 2 ve 4 sırasıyla yer alır.
-
Şimdi küçük değerler için çarpıma bakalım:
- n=1: \bigl(f^1\bigr)'(1) = f'(1) = 2.
- n=2: \bigl(f^2\bigr)'(1) = f'(2)\cdot f'(1) = 4 \cdot 2 = 8.
- n=3: \bigl(f^3\bigr)'(1) = f'(f^2(1)) \cdot \bigl(f^2\bigr)'(1) = f'(1)\cdot 8 = 2 \cdot 8 = 16.
- n=4: \bigl(f^4\bigr)'(1) = f'(f^3(1)) \cdot \bigl(f^3\bigr)'(1) = f'(2)\cdot 16 = 4 \cdot 16 = 64.
- n=5: \bigl(f^5\bigr)'(1) = f'(f^4(1)) \cdot \bigl(f^4\bigr)'(1) = f'(1)\cdot 64 = 2 \cdot 64 = \boxed{128}.
Görüldüğü gibi n=5 için türev değeri 128 oluyor. Dolayısıyla sorunun cevabı 5’tir.
