Skilgreinum fall $f(x)=kx(1-x)$ þar sem $k\gt 0$ er fasti. Ákvarðið
skilyrði á töluna $k$ sem eru nægileg og nauðsynleg til þess, að til sé rauntala
$c$ þannig að $f(f(c))=c$ en $f(c)\neq c$.
Lausn
Ef $x$ uppfyllir $f(x)=x$, þá er $kx(1-x)=x$ svo að $x(k-1-k x)=0$
og því $x=0$ eða $k-1-k x=0$.
Ef $x$ uppfyllir $f(f(x))=x$, en $f(x)\neq x$, þá er
$$ k^2x(1-x)(1-k x(1-x))=x$$
þar sem $x\neq 0$ og $k-1-kx\neq 0$.
Þar sem $x\neq 0$, þá er þessi jafna jafngild jöfnunni
$$
\begin{aligned}
0&=1-k^2(1-x)(1-kx(1-x))\\
&=1-k^2+k^3x-k^3x^2+k^2x-k^3x^2+k^3x^3\\
&=x(1-x)^2k^3-(1-x)k^2+1\\
&=((1-x)k-1)(x(1-x)k^2-(1-x)k-1).
\end{aligned}
$$
(Þáttunin í síðasta skrefi umritunarinnar fæst með margliðudeilingu, en
við vitum $k-1-kx$ er þáttur því allar lausnir $f(x)=x$ hljóta jafnframt
að vera lausnir $f(f(x))=x$.)
Þar sem $k-1-kx\neq 0$ þá fáum við
$$
\begin{aligned}k^2x^2-k(k+1)x+(k+1)=0 \quad *
\end{aligned}
$$
Þessi síðasta jafna hefur lausn þá og því aðeins að aðgreinirinn
$$ D=k^2(k+1)^2-4k^2(k+1)=k^2(k+1)((k+1)-4)=k^2(k+1)(k-3)$$
sé ekki neikvæður. Fyrir $D\gt 0$ eru tvær ólíkar lausnir. Önnur þeirra hlýtur
þá að vera frábrugðin lausn $k-1-kx$ og þar sem $x=0$ er ekki lausn, þá
fáum við að $f(f(x))=x$ hefur lausn sem er ekki lausn $f(x)=x$ ef $D\gt 0$,
það er ef $k\gt 3$.
Ef hinsvegar $D=0$, þá er $k=3$ og
$x=\frac{k(k+1)}{2k^2}=\frac{k+1}{2k}=\frac{2}{3}$ eina lausn $*$.
En $k=3$ og $x=\frac{2}{3}$ uppfylla jöfnuna $k-1-k x=0$ svo $x$ er þá líka
lausn $f(x)=x$.
Við höfum þá séð að til er lausn á $f(f(x))=x$ sem er ekki lausn á $f(x)=x$ þá
og því aðeins að $k\gt 3$.