IMO 2002 · Problem 5
Find all real-valued functions on the reals such that \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) for all \(x,y,u,v\).
Official text of the problem. Official problem paper (PDF)
Answer
The solutions are \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
Solution
The duplicated opening parenthesis in the printed statement is understood as a typographical duplication: the left-hand side is \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\).
Let \(c=f(0)\). Substituting \(x=y=u=v=0\) gives \[ 4c^2=2c, \] so \(c=0\) or \(c=\frac12\).
If \(c=\frac12\), setting \(y=u=v=0\) gives \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] hence \(f(x)=\frac12\) for every real \(x\).
Now suppose \(c=0\). Setting \(y=v=0\) yields \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] In particular, \(f(1)^2=f(1)\). If \(f(1)=0\), then (1) gives \(f(x)=f(x)f(1)=0\) for every \(x\).
It remains to consider \(f(1)=1\). Setting \(u=0\), \(v=1\) in the original equation gives \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] so \(f\) is even. Consequently, by (1), \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
Define \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] Then \(g(t)\ge0\), \(g(0)=0\), and \(g(1)=1\). For arbitrary \(s,t\ge0\), substitute \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] into the original equation. Evenness and \(f(0)=0\) give \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] By (1), \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\). Both sides being squares of nonnegative quantities, we obtain \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
Equation (3) and \(g(1)=1\) imply \(g(q)=q\) for every nonnegative rational \(q\): first \(g(m)=m\) for nonnegative integers \(m\), and then \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] for every positive integer \(n\).
Moreover, \(g\) is nondecreasing, since for \(b\ge a\ge0\), \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] Fix \(t\ge0\). For each positive integer \(n\), put \(m=\lfloor nt\rfloor\). Monotonicity and the rational values give \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] Since \(t\) lies in the same interval, \(|g(t)-t|\le1/n\) for every positive integer \(n\). Therefore \(g(t)=t\).
Thus, for every real \(x\), \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
Finally, both constant functions in the answer satisfy the equation directly. The function \(f(x)=x^2\) satisfies it by the identity \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] Hence all three listed functions, and only those functions, are solutions.
The solution was checked against Evan Chen's published IMO solution notes.
IMO 2002 · Aufgabe 5
Bestimme alle reellwertigen Funktionen auf den reellen Zahlen, für die \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) für alle \(x,y,u,v\) gilt.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt. Offizielles Aufgabenblatt (PDF)
Antwort
Die Lösungen sind \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
Lösung
Die doppelte öffnende Klammer in der gedruckten Aufgabenstellung wird als Druckfehler aufgefasst: Die linke Seite lautet \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\).
Sei \(c=f(0)\). Einsetzen von \(x=y=u=v=0\) ergibt \[ 4c^2=2c, \] also ist \(c=0\) oder \(c=\frac12\).
Ist \(c=\frac12\), so ergibt Einsetzen von \(y=u=v=0\) \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] also gilt \(f(x)=\frac12\) für jede reelle Zahl \(x\).
Nehmen wir nun \(c=0\) an. Einsetzen von \(y=v=0\) liefert \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] Insbesondere gilt \(f(1)^2=f(1)\). Falls \(f(1)=0\), ergibt (1), dass \(f(x)=f(x)f(1)=0\) für jedes \(x\) gilt.
Es bleibt der Fall \(f(1)=1\) zu betrachten. Einsetzen von \(u=0\), \(v=1\) in die ursprüngliche Gleichung ergibt \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] also ist \(f\) gerade. Folglich gilt nach (1) \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
Definieren wir \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] Dann gilt \(g(t)\ge0\), \(g(0)=0\) und \(g(1)=1\). Für beliebige \(s,t\ge0\) setzen wir \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] in die ursprüngliche Gleichung ein. Da \(f\) gerade ist und \(f(0)=0\) gilt, folgt \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] Nach (1) gilt \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\). Da beide Seiten Quadrate nichtnegativer Größen sind, erhalten wir \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
Aus Gleichung (3) und \(g(1)=1\) folgt \(g(q)=q\) für jede nichtnegative rationale Zahl \(q\): Zunächst gilt \(g(m)=m\) für nichtnegative ganze Zahlen \(m\), und dann \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] für jede positive ganze Zahl \(n\).
Außerdem ist \(g\) monoton nicht fallend, denn für \(b\ge a\ge0\) gilt \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] Sei \(t\ge0\) fest. Für jede positive ganze Zahl \(n\) setzen wir \(m=\lfloor nt\rfloor\). Aus der Monotonie und den Werten an rationalen Stellen folgt \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] Da \(t\) im selben Intervall liegt, gilt \(|g(t)-t|\le1/n\) für jede positive ganze Zahl \(n\). Daher ist \(g(t)=t\).
Somit gilt für jede reelle Zahl \(x\) \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
Schließlich erfüllen die beiden in der Antwort angegebenen konstanten Funktionen die Gleichung, wie man unmittelbar durch Einsetzen sieht. Die Funktion \(f(x)=x^2\) erfüllt sie aufgrund der Identität \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] Damit sind alle drei angegebenen Funktionen und nur diese Lösungen.
Die Lösung wurde mit den veröffentlichten IMO-Lösungsnotizen von Evan Chen abgeglichen.
IMO 2002 · Soru 5
Tüm \(x,y,u,v\) için \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) eşitliğini sağlayan, gerçel sayılar üzerinde tanımlı gerçel değerli tüm fonksiyonları bulunuz.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir. Resmi soru kâğıdı (PDF)
Cevap
Çözümler şunlardır: \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
Çözüm
Basılı soru metninde yinelenen açma parantezi bir dizgi hatası olarak yorumlanır: sol taraf \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\) biçimindedir.
\(c=f(0)\) olsun. \(x=y=u=v=0\) yazınca \[ 4c^2=2c, \] elde edilir; dolayısıyla \(c=0\) veya \(c=\frac12\)'dir.
\(c=\frac12\) ise \(y=u=v=0\) alarak \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] elde ederiz; buradan her gerçel \(x\) için \(f(x)=\frac12\) bulunur.
Şimdi \(c=0\) olduğunu varsayalım. \(y=v=0\) alarak \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R) \tag{1} \] elde ederiz. Özellikle \(f(1)^2=f(1)\)'dir. \(f(1)=0\) ise (1), her \(x\) için \(f(x)=f(x)f(1)=0\) verir.
Geriye \(f(1)=1\) durumunu incelemek kalır. İlk denklemde \(u=0\), \(v=1\) alarak \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] elde ederiz; dolayısıyla \(f\) çifttir. Bunun sonucunda (1) gereği, \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
\[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0) \] olarak tanımlayalım. Bu durumda \(g(t)\ge0\), \(g(0)=0\) ve \(g(1)=1\)'dir. Keyfî \(s,t\ge0\) için ilk denklemde \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] yazalım. Çiftlik ve \(f(0)=0\) eşitliği ile \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t) \] elde edilir. (1) gereği \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\)'dir. Her iki taraf da negatif olmayan niceliklerin kareleri olduğundan, \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0) \tag{3} \] elde ederiz.
(3) denklemi ve \(g(1)=1\), negatif olmayan her rasyonel \(q\) için \(g(q)=q\) olduğunu gösterir: önce negatif olmayan tam sayılar \(m\) için \(g(m)=m\), ardından da her pozitif tam sayı \(n\) için \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] elde edilir.
Ayrıca \(g\) azalmayandır; çünkü \(b\ge a\ge0\) için \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] \(t\ge0\) sabit olsun. Her pozitif tam sayı \(n\) için \(m=\lfloor nt\rfloor\) alalım. Monotonluk ve rasyonel sayılardaki değerler ile \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n} \] elde edilir. \(t\) de aynı aralıkta bulunduğundan, her pozitif tam sayı \(n\) için \(|g(t)-t|\le1/n\)'dir. Dolayısıyla \(g(t)=t\).
Böylece her gerçel \(x\) için, \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
Son olarak, cevapta verilen iki sabit fonksiyonun da denklemi sağladığı doğrudan görülür. \(f(x)=x^2\) fonksiyonu ise \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2 \] özdeşliği sayesinde denklemi sağlar. Dolayısıyla belirtilen üç fonksiyonun tümü ve yalnızca bu fonksiyonlar çözümdür.
Çözüm, Evan Chen'in yayımlanmış IMO çözüm notlarıyla karşılaştırılarak kontrol edildi.
IMO 2002 · Problema 5
Hallar todas las funciones de los reales en los reales tales que \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) para todos los valores de \(x,y,u,v\).
Enunciado traducido del texto oficial en inglés. Enunciado oficial (PDF)
Respuesta
Las soluciones son \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
Solución
El paréntesis de apertura duplicado en el enunciado impreso se interpreta como una duplicación tipográfica: el miembro izquierdo es \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\).
Sea \(c=f(0)\). Sustituyendo \(x=y=u=v=0\) se obtiene \[ 4c^2=2c, \] por lo que \(c=0\) o \(c=\frac12\).
Si \(c=\frac12\), tomando \(y=u=v=0\) se obtiene \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] de donde \(f(x)=\frac12\) para todo real \(x\).
Supongamos ahora que \(c=0\). Tomando \(y=v=0\) se obtiene \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] En particular, \(f(1)^2=f(1)\). Si \(f(1)=0\), entonces (1) da \(f(x)=f(x)f(1)=0\) para todo \(x\).
Queda por considerar el caso \(f(1)=1\). Tomando \(u=0\), \(v=1\) en la ecuación original se obtiene \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] por lo que \(f\) es par. En consecuencia, por (1), \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
Definamos \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] Entonces \(g(t)\ge0\), \(g(0)=0\) y \(g(1)=1\). Para cualesquiera \(s,t\ge0\), sustituyamos \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] en la ecuación original. La paridad y \(f(0)=0\) dan \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] Por (1), \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\). Como ambos miembros son cuadrados de cantidades no negativas, obtenemos \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
La ecuación (3) y \(g(1)=1\) implican que \(g(q)=q\) para todo racional no negativo \(q\): primero, \(g(m)=m\) para los enteros no negativos \(m\), y después \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] para todo entero positivo \(n\).
Además, \(g\) es no decreciente, pues para \(b\ge a\ge0\), \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] Fijemos \(t\ge0\). Para cada entero positivo \(n\), sea \(m=\lfloor nt\rfloor\). La monotonía y los valores en los racionales dan \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] Como \(t\) pertenece al mismo intervalo, \(|g(t)-t|\le1/n\) para todo entero positivo \(n\). Por tanto, \(g(t)=t\).
Así, para todo real \(x\), \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
Por último, se comprueba directamente que ambas funciones constantes de la respuesta satisfacen la ecuación. La función \(f(x)=x^2\) la satisface en virtud de la identidad \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] Por consiguiente, las tres funciones enumeradas, y solo ellas, son soluciones.
La solución se comprobó con las notas de soluciones de la IMO publicadas por Evan Chen.
IMO 2002 · 问题 5
求所有定义在实数集上的实值函数,使得 \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) 对所有 \(x,y,u,v\) 都成立。
题目译自官方英文原文。 官方试卷 (PDF)
答案
所有解为 \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
解答
印刷题面中重复出现的左括号应理解为排版时的重复:左端应为 \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\)。
令 \(c=f(0)\)。代入 \(x=y=u=v=0\),得到 \[ 4c^2=2c, \] 所以 \(c=0\) 或 \(c=\frac12\)。
若 \(c=\frac12\),令 \(y=u=v=0\),得到 \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] 因此对于每个实数 \(x\),都有 \(f(x)=\frac12\)。
现在假设 \(c=0\)。令 \(y=v=0\),得到 \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] 特别地,\(f(1)^2=f(1)\)。若 \(f(1)=0\),则由 (1) 得,对于每个 \(x\),都有 \(f(x)=f(x)f(1)=0\)。
只需再考虑 \(f(1)=1\) 的情形。在原方程中令 \(u=0\)、\(v=1\),得到 \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] 所以 \(f\) 为偶函数。因此,由 (1), \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
定义 \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] 则 \(g(t)\ge0\)、\(g(0)=0\),且 \(g(1)=1\)。对于任意 \(s,t\ge0\),将 \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] 代入原方程。由偶性及 \(f(0)=0\),得到 \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] 由 (1),\(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\)。由于两边都是非负数的平方,得到 \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
由方程 (3) 和 \(g(1)=1\) 可知,\(g(q)=q\) 对每个非负有理数 \(q\) 都成立:首先,\(g(m)=m\) 对非负整数 \(m\) 成立,进而 \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] 对每个正整数 \(n\) 都成立。
此外,\(g\) 单调不减,因为对于 \(b\ge a\ge0\), \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] 固定 \(t\ge0\)。对于每个正整数 \(n\),令 \(m=\lfloor nt\rfloor\)。由单调性及有理数处的函数值,得到 \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] 由于 \(t\) 也在同一区间内,对于每个正整数 \(n\),都有 \(|g(t)-t|\le1/n\)。因此 \(g(t)=t\)。
于是,对于每个实数 \(x\), \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
最后,直接代入即可验证,答案中的两个常值函数均满足原方程。函数 \(f(x)=x^2\) 也满足原方程,这是由下列恒等式得出的: \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] 因此,所列三个函数都是解,且除此之外没有其他解。
解答已与 Evan Chen 发布的 IMO 解答笔记核对。
IMO 2002 · Задача 5
Найдите все функции, определённые на множестве действительных чисел и принимающие действительные значения, такие что \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) для всех \(x,y,u,v\).
Условие переведено с официального английского текста. Официальный текст задач (PDF)
Ответ
Решениями являются \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
Решение
Повторная открывающая скобка в печатном условии понимается как опечатка: левая часть имеет вид \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\).
Пусть \(c=f(0)\). Подставляя \(x=y=u=v=0\), получаем \[ 4c^2=2c, \] поэтому \(c=0\) или \(c=\frac12\).
Если \(c=\frac12\), то, полагая \(y=u=v=0\), получаем \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] откуда \(f(x)=\frac12\) для каждого действительного \(x\).
Теперь предположим, что \(c=0\). Полагая \(y=v=0\), получаем \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] В частности, \(f(1)^2=f(1)\). Если \(f(1)=0\), то из (1) следует \(f(x)=f(x)f(1)=0\) для каждого \(x\).
Остаётся рассмотреть случай \(f(1)=1\). Полагая \(u=0\), \(v=1\) в исходном уравнении, получаем \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] поэтому \(f\) чётна. Следовательно, по (1), \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
Определим \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] Тогда \(g(t)\ge0\), \(g(0)=0\) и \(g(1)=1\). Для произвольных \(s,t\ge0\) подставим \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] в исходное уравнение. Из чётности и равенства \(f(0)=0\) получаем \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] По (1), \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\). Поскольку обе части являются квадратами неотрицательных величин, получаем \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
Из уравнения (3) и равенства \(g(1)=1\) следует, что \(g(q)=q\) для каждого неотрицательного рационального \(q\): сначала получаем \(g(m)=m\) для неотрицательных целых \(m\), а затем \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] для каждого положительного целого \(n\).
Кроме того, \(g\) не убывает, поскольку при \(b\ge a\ge0\) \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] Зафиксируем \(t\ge0\). Для каждого положительного целого \(n\) положим \(m=\lfloor nt\rfloor\). Из монотонности и значений в рациональных точках получаем \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] Поскольку \(t\) принадлежит тому же отрезку, \(|g(t)-t|\le1/n\) для каждого положительного целого \(n\). Следовательно, \(g(t)=t\).
Таким образом, для каждого действительного \(x\) \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
Наконец, непосредственная подстановка показывает, что обе постоянные функции из ответа удовлетворяют уравнению. Функция \(f(x)=x^2\) удовлетворяет ему в силу тождества \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] Следовательно, все три перечисленные функции, и только они, являются решениями.
Решение проверено по опубликованным заметкам Эвана Чена с решениями IMO.
IMO 2002 · المسألة 5
أوجد جميع الدوال المعرَّفة على الأعداد الحقيقية وذات القيم الحقيقية التي تحقق \((f(x)+f(y))((f(u)+f(v))=f(xu-yv)+f(xv+yu)\) لكل \(x,y,u,v\).
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي. ورقة المسائل الرسمية (PDF)
الإجابة
الحلول هي \[ \boxed{f(x)\equiv 0,\qquad f(x)\equiv \frac12,\qquad f(x)=x^2.} \]
الحل
يُفهم تكرار قوس الفتح في النص المطبوع على أنه تكرار ناجم عن خطأ مطبعي: فالطرف الأيسر هو \((f(x)+f(y))(f(u)+f(v))\).
ليكن \(c=f(0)\). بالتعويض بـ \(x=y=u=v=0\) نحصل على \[ 4c^2=2c, \] ومن ثم \(c=0\) أو \(c=\frac12\).
إذا كان \(c=\frac12\)، فإن وضع \(y=u=v=0\) يعطينا \[ (f(x)+c)\,2c=2c, \] ومن ثم \(f(x)=\frac12\) لكل عدد حقيقي \(x\).
لنفترض الآن أن \(c=0\). بوضع \(y=v=0\) نحصل على \[ f(xu)=f(x)f(u) \qquad(x,u\in\mathbb R). \tag{1} \] وعلى وجه الخصوص، \(f(1)^2=f(1)\). وإذا كان \(f(1)=0\)، فإن (1) تعطينا \(f(x)=f(x)f(1)=0\) لكل \(x\).
يبقى أن ننظر في الحالة \(f(1)=1\). بوضع \(u=0\)، و\(v=1\) في المعادلة الأصلية نحصل على \[ f(x)+f(y)=f(-y)+f(x), \] ومن ثم فإن \(f\) زوجية. وبناءً عليه، باستخدام (1)، \[ f(t)=f(|t|)=f\bigl(\sqrt{|t|}\bigr)^2\ge 0 \qquad(t\in\mathbb R). \tag{2} \]
لنعرّف \[ g(t)=f(\sqrt t)\qquad(t\ge 0). \] عندئذ \(g(t)\ge0\)، و\(g(0)=0\)، و\(g(1)=1\). لأي \(s,t\ge0\)، نعوّض بـ \[ x=u=\sqrt s,\qquad y=\sqrt t,\qquad v=-\sqrt t \] في المعادلة الأصلية. وباستخدام زوجية الدالة والمساواة \(f(0)=0\)، نحصل على \[ (g(s)+g(t))^2=f(s+t). \] ومن (1)، لدينا \(f(s+t)=f(\sqrt{s+t})^2=g(s+t)^2\). وبما أن الطرفين مربعان لكميتين غير سالبتين، نحصل على \[ g(s+t)=g(s)+g(t)\qquad(s,t\ge0). \tag{3} \]
تستلزم المعادلة (3) والمساواة \(g(1)=1\) أن \(g(q)=q\) لكل عدد نسبي غير سالب \(q\): فأولًا \(g(m)=m\) للأعداد الصحيحة غير السالبة \(m\)، ثم \[ n\,g(m/n)=g(m)=m \] لكل عدد صحيح موجب \(n\).
وفضلًا عن ذلك، فإن \(g\) غير متناقصة، إذ لكل \(b\ge a\ge0\)، \[ g(b)=g(a)+g(b-a)\ge g(a). \] لنثبت \(t\ge0\). لكل عدد صحيح موجب \(n\)، نضع \(m=\lfloor nt\rfloor\). وباستخدام الرتابة وقيم الدالة عند الأعداد النسبية، نحصل على \[ \frac mn\le g(t)\le\frac{m+1}{n}. \] وبما أن \(t\) ينتمي إلى الفترة نفسها، فإن \(|g(t)-t|\le1/n\) لكل عدد صحيح موجب \(n\). ولذلك \(g(t)=t\).
إذن، لكل عدد حقيقي \(x\)، \[ f(x)=f(|x|)=g(x^2)=x^2. \]
وأخيرًا، تحقق كلتا الدالتين الثابتتين الواردتين في الإجابة المعادلة مباشرة. وتحقق الدالة \(f(x)=x^2\) المعادلة بفضل المتطابقة \[ (x^2+y^2)(u^2+v^2)=(xu-yv)^2+(xv+yu)^2. \] ومن ثم فإن الدوال الثلاث المذكورة جميعها، وهي وحدها، هي الحلول.
تمت مراجعة الحل بمقارنته بملاحظات حلول IMO المنشورة لإيفان تشين.