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小议函数的对称性与周期性之间的关系

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函数的性质是高中数学函数部分的重点内容,历年高考针对函数的性质都会重点考察。考察范围涵盖函数的定义域,值域,解析式,函数的奇偶性,函数的单调性,对称性,函数的周期性,函数图象,极值与最值等等。本文就函数的对称性与周期性之间的关系加以阐述。

一、函数图象的对称性

函数图象的对称性的本质仍然是点与点之间的对称关系,包括点与点关于电对称,点与点关于直线对称。函数的奇偶性只不过是对称性的特例而已。函数的对称性有以下结论:

结论1:函数f(x)的图像关于直线x=a对称的充要条件是f(x)=f(2a-x)或者函数f(x)的图像关于直线x=a对称的充要条件是f(a+x)=f(a-x)

一般的,若函数f(x)满足f(a+x)=f(b-x),则f(x)关于直线对称

结论2:函数f(x)的图像关于直线x=0对称的充要条件是f(x)=f(-x)

即函数f(x)为偶函数充要条件是f(x)=f(-x)

结论3:函数f(x)的图像关于点(a,b)对称的充要条件是f(x)=2b-f(2a-x)

结论4:函数f(x)的图像关于点(0,0)对称的充要条件是f(x)=-f(-x)

即函数f(x)为奇函数的充要条件是f(x)=-f(-x)

结论5:函数y=f(x)与函数y=f(2a-x)关于直线x=a对称

结论6:函数y=f(a+x)与函数y=f(a-x)关于y轴对称

结论7:函数y=f(x)与函数y=f(-x)关于y轴对称

结论8:函数y=f(x)与函数y=-f(-x)关于原点对称

结论9:函数y=f(x)与函数y=2b-f(2a-x)关于点(a,b)对称

其中结论1,2,3,4反映一个函数自身的对称性,结论5,6,7,8,9反映两个函数图象的对称性

二、函数的周期性

如果函数f(x)对于定义域内的每一个x,存在一个非零的常数T,都有f(x)=f(x+T)成立,就称函数f(x)是一个周期函数,其中T叫做周期函数的一个周期。如果在函数f(x)的所有周期中,存在一个最小的正数,就称之为函数f(x)的最小正周期.对函数的周期性定义解读如下:

(1)周期函数的定义域是一个无限区间

(2)f(x)=f(x+T)是一个恒等式,对于定义域内的每一个x恒成立

(3)若T是函数f(x)的一个周期,则kT(k∈Z,k≠0)也是函数的周期

(4)周期函数未必就一定有最小正周期

(5)函数的周期性不是三角函数所专有的特殊性质。有些函数通过递推关系也能够推导出周期性。比如f(x+1)=-f(x)可以得出f(x)是周期为2的周期函数。

三、对称性与周期性之间的关系

具有对称性的函数往往具有周期性,有以下结论成立:

结论1:如果函数f(x)关于两条直线x=a,x=b对称,则函数f(x)是周期函数,周期T=2(b-a)

f(x)关于直线x=a对称,f(x)=f(2a-x)

f(x)关于直线x=b对称,f(x)=f(2a-x)

f[2(b-a)+x]=f[2b-(2a-x)]=f(2a-x)=f(x)

结论2:偶函数f(x)关于直线x=a(a≠0)对称,那么f(x)是周期为2a的周期函数.(这就是结论1中b=0时的特例)

结论3:函数f(x)关于点(a,0)对称,且函数f(x)关于直线x=b(b≠a)对称,那么f(x)是周期为4(b-a)的周期函数;

证明:f(x)关于点(a,0)对称,f(x)=-f(2a-x)

又f(x)关于直线x=b对称,f(x)=f(2b-x)

f[4(b-a)+x]=f[2b-(4a-2b-x)]=f(4a-2b-x)

=f[2a-(2b+x-2a)]=-f(2b+x-2a)=-f[2b-(2a-x)]

=-f(2a-x)=f(x)

结论4:奇函数f(x)关于直线x=b对称,那么f(x)是周期为4b的周期函数;(这就是结论3中a=0的特殊情况)

结论5:若函数f(x)关于两点(a,0),(b,0)对称,那么f(x)就是周期为2(b-a)的周期函数

f(x)关于点(a,0)对称,f(x)=-f(2a-x)

又f(x)关于点(b,0)对称,f(x)=-f(2a-x)

H!f[2(b-a)+x]=f[2b-(2a-x)]=-f(2a-x)=f(x)

从而结论得证

结论6:奇函数f(x)关于点(a,0),(a≠0)对称,那么f(x)就是周期为2a的周期函数。(这就是结论5中b=0的特殊情况)

结论7:偶函数若具有周期性,则必有与y轴平行的对称轴.

略证:f(x)是偶函数,且周期为T

H!f(x)=f(-x),f(x+T)=f(x)H!f(x+T)=f(x)=f(-x)

H!f(x)关于x=对称。

结论8:奇函数若具有对称性,则不一定有对称轴。比如函数y=tanx

结论9具有周期性和x=a(a≠0)对称轴的函数,不一定具有奇偶性。

例如函数y=sin(x+)。就不具有奇偶性

四、应用举例

例1:设f(x)是R上的奇函数,且f(x+2)=-f(x),当0≤x≤1时,f(x)=x,则f(7.5)= ;

解:f(x+2)=-f(x)H!f(x+4)=f[(x+2)+2]=-f(x+2)=f(x)

H!f(x)是周期为4的周期函数

f(7.5)=f(8-0.5)=f(-0.5)=-f(0.5)=-0.5

例2:已知定义域为R的函数f(x)是奇函数,且满足f(x+2)=-f(x),当x∈[0,1]时,f(x)=2x-1

(1)求f(x)在[-1,0]上的解析式;

(2)求f(log24)

解:(1)设x[-1,0]。则-x∈[0,1]

f(x)是上的奇函数,

f(x)=-f(-x)=-(2-x-1)=1-2-x,x∈[-1,0]

(2)由f(x+2)=-f(x)

H!f(x+4)=f[(x+2)+2]=-f(x+2)=f(x)

即f(x)是周期为4的周期函数。

f(log24)=f(-log224)=f(-log2-4)=f(-log2)

=-f(log2)=-(2log2-1)=-