Идея варианта: Reduce the integral equation to an algebraic equation in the Laplace domain, solve for the transform of y, and then recover y via inverse transform.
Задача eq18 · Интегральные уравнения
\[\int_0^x y(t)\,y(x - t)\,dt = ax + b\]
Найдены все известные решения. Найдены все семейства решений справочника (1 из 1). Полнота не установлена; этот вывод совпадает с эталоном.
Постановка
Уравнение № 18:
∫_0^x y(t) y(x-t) dt = a x + b
См. также формализацию в statement.lean.
Требуется
- Описать множество всех решений этого уравнения.
- Привести обоснование для каждого найденного семейства решений (например, подстановкой).
- Сделать заключение о полноте множества решений: исчерпывается ли оно найденными семействами.
Формальная постановка (Lean 4)
-- Lean-формализация постановки eq18.
-- Окружение: Lean 4 + Mathlib (версия 27), без `import` (Mathlib предзагружен).
-- Имена переменных и сигнатура `def eq18` ФИКСИРОВАНЫ — менять нельзя.
def eq18 (y : ℝ → ℝ) (a b : ℝ) : Prop :=
∀ x, (∫ t in (0:ℝ)..x, y t * y (x - t)) = a * x + b
Прогон gpt-oss-20b
- Вердикт судьи
- Решения подтверждены, L2
- Основание вердикта судьи
- неформальное
- Основание узла полноты
- неформальное
- Найдено семейств справочника
- 1 / 1 (заключение судьи)
- Вывод о полноте совпал с эталоном
- да
- Полнота подтверждена в Lean
- нет (полнота не доказана)
- Ход решения
- сильный — оценка всего прогона из итогового разбора эксперимента
- Lean: компилируется
- 6 из 10
- Узлов графа
- 89
- Токены / время вызовов
- 282725 / ≈22 мин (сумма по вызовам)
Итоговые решения (3)
Идея варианта: Use differentiation and symmetry to reduce the integral equation to an algebraic relation for \(y(x)\).
Lean 4
-- Lean-формализация постановки eq18.
-- Окружение: Lean 4 + Mathlib (версия 27), без `import` (Mathlib предзагружен).
-- Имена переменных и сигнатура `def eq18` ФИКСИРОВАНЫ — менять нельзя.
def eq18 (y : ℝ → ℝ) (a b : ℝ) : Prop :=
∀ x, (∫ t in (0:ℝ)..x, y t * y (x - t)) = a * x + b
def Sol (c : ℝ) : ℝ → ℝ := fun _ => c
theorem eq18_sound (c : ℝ) : eq18 (Sol c) (c ^ 2) 0 := by
intro x
simpa [Sol, mul_comm, mul_left_comm, mul_assoc, pow_two] using
integral_const (c ^ 2) (0 : ℝ) xИдея варианта: Exploit the fact that a linear function has zero second derivative and use properties of convolution to force \(y\) to be constant.
Lean 4
-- Lean-формализация постановки eq18.
-- Окружение: Lean 4 + Mathlib (версия 27), без `import` (Mathlib предзагружен).
-- Имена переменных и сигнатура `def eq18` ФИКСИРОВАНЫ — менять нельзя.
def eq18 (y : ℝ → ℝ) (a b : ℝ) : Prop :=
∀ x, (∫ t in (0:ℝ)..x, y t * y (x - t)) = a * x + b
def Sol (c : ℝ) : ℝ → ℝ := fun _ => c
theorem eq18_sound (c : ℝ) : eq18 (Sol c) (c^2) 0 := by
intro x
-- the integrand is the constant `c * c`
have h1 : (∫ t in (0 : ℝ)..x, (Sol c) t * (Sol c) (x - t)) = (∫ t in (0 : ℝ)..x, c * c) := by
have h : (fun t => (Sol c) t * (Sol c) (x - t)) = fun _ => c * c := by
funext t; simp [Sol]
simpa [h]
-- evaluate the integral of a constant
have h2 : (∫ t in (0 : ℝ)..x, c * c) = c * c * x := by
simpa [sub_eq_add_neg, add_comm, add_left_comm, add_assoc,
mul_comm, mul_left_comm, mul_assoc]
using (integral_const (c * c) (0 : ℝ) x)
-- combine the two equalities
simpa [pow_two] using h1.trans h2Тупиковые варианты (5)
- Use differentiation of the convolution to convert the integral equation into a differential equation that can be solved directly.
- Reduce the problem to a finite‑dimensional algebraic system by restricting to polynomial ansatz and matching coefficients.
- Transform the integral equation into an algebraic equation in the Laplace domain, solve it, and invert.
- Apply Fourier analysis to convert the convolution into an algebraic equation in the frequency domain.
- Use the convolution theorem for Laplace transforms to reduce the integral equation to an algebraic equation in the transform domain.
Полнота
Источник: эксперимент IMV-2026 (снапшот imv2026-w8@2026-09-18), постановка — PolyaninBench. Судья — LLM; «Lean: компилируется» означает, что фрагмент прошёл проверку типов, а не что доказана теорема об условии задачи. Эталонные решения не публикуются — только факт совпадения.