第一章函数的初等性质的定义
1. 函数的单调性。
定义1【1】 设函数f(x)的定义域为d。若对任何当《时,总有f()f(),则称函数f(x)为d上的增函数,特别地,当成立严格不等式f()f()时,称f为d上的严格减函数;增函数与减函数统称为单调函数,严格增函数和严格减函数统称为严格单调函数。例如y=在r上是严格增的。
1.1.1 函数单调的充要条件。
若为区间上的单调递增函数,为区间内的任意两个数,则有:或();
若为区间上的单调递减函数,为区间内的任意两个数,则有:
或()。1.1.2 由单调函数的四则运算得到的函数单调性的判断。
对两个单调函数和,如果它们的定义域分别为和,并且有:
(1)当与具有相同的增减性时,函数、的增减性与(或)相同,而、
的增减性不能确定;
2)当与具有相异的增减性时,假设为增函数,为减函数,那么:
1)、的增减性不能确定;
2)、为增函数,为减函数。
2. 函数的周期性。
定义【1】 设f为定义在数集d上的函数,若存在》0,使得对一切,有f()=f(),则称f为周期函数,成为函数f的一个周期。若为f的一个周期,则(n为正整数)也是f的周期。若在周期函数f的所有周期中有一个最小的周期,称此最小周期为f的基本周期,简称周期。
通常所说的周期函数是指最小正周期。例如的周期均为,则是周期为的函数。
注1:狄利克雷函数d(x)是以任何有理数为周期的函数。
1.2.1 周期函数的运算性质。
性质1: 若(t为常数),则;
性质2: 若(为常数),则;
性质3: 若,则;
性质4: 若,则;
性质5: 若设为正常数,,并且有,则以为周期。
3.函数的奇偶性。
定义3【1】 设d为对称于原点的数集,f为定义在d上的函数。若对每一个,有,就称为奇函数;若对每一个,有,就称为偶函数。 例如与是奇函数,是偶函数,而既不是奇函数,也不是偶函数。
1. 3.1 奇函数的几何意义。
具有奇偶性的函数的定义域关于原点对称,奇函数的图像关于原点对称,偶函数的图像关于轴对称。
1. 3.2 由具有奇偶性的函数的四则运算所得到的函数的奇偶性的判断。
对两个具有奇偶性的函数和,如果它们的定义域分别为和,并且有:
1)当与具有相同的奇偶性时,假设为奇函数时,那么就有:
函数、也为奇函数;
、为偶函数;
2)当与具有相异的奇偶性时,那么就有:
函数、的奇偶性不能确定;
函数、、为奇函数。
4.函数的对称性。
定义4【2】 设函数,对任意的,都有,则有函数关于直线对称。一般的,如果对任意的,都有,则函数关于直线对称。
1.4.1函数的自对称
1)关于轴对称的函数(偶函数)的充要条件是;
2)关于原点对称的函数(奇函数)的充要条件是;
3)关于直线对称的函数的充要条件是。
1.4.2 两个函数的图像的对称性。
(1)函数与关于轴对称。
(2)函数与关于轴对称。
(3)函数与关于直线对称。
(4)函数与关于直线对称。
(5)函数与关于点对称。
(6)函数与关于直线对称。
(7)函数与关于直线对称。
若,则有函数的图像关于点。
第二章函数初等性质间的关系。
2.1 函数周期性与对称性关系。
如第一章函数周期性的定义可知以下两个性质:1)设函数的定义域为d,若存在一个常数,使得对任意的-,有且有恒成立,则称函数的图像关于直线轴对称,而直线称为函数的图形的一条对称轴;2)设函数的定义域为d,若存在常数,使得对任意的-,有且有恒成立,则称函数的图形关于点()中心对称,而点()被称为函数的一个对称中心。
但是,就一般情况而言,周期函数的图形不一定有对称轴,也不一定有对称中心,比如:()是周期函数,它有无数多条对称轴和无数多个对称中心();是周期为的周期函数,但它没有对称轴,却有无数个对称中心();而狄利克雷函数d(x)=是周期函数,它没有对称中心却有无数条对称轴。
若周期函数的图形具有对称轴或具有对称中心,则会具有如下特点:
定理1【3】设函数的定义域为d,的周期为t的周期函数,若的图形有一条对称轴,则它的图形有无数多条对称轴: 。
证明:设,对于任意()d,由是周期为t的周期函数,可知有且;
又因为的图形有一条对称轴,有,且,再由是周期为t的周期函数,有()d,且,则有,所以的图形有无数多条对称轴: 。
定理2 设函数的定义域为d,的周期为t的周期函数,若的图形有一个对称中心(),则它的图形有无数多个对称中心()(
证明:设,对于任意()d,由是周期为t的周期函数,可知有且;
又图像有一个对称中心(),有,且,再由是周期为t的周期函数,有()d, 且,即有,所以的图形有无数多个对称中心:()
由上可知,若函数设函数的定义域为d,的图形有对称轴或有对称中心,函数也未必是周期函数,例如,有一个对称轴: =0,而=()有一个对称中心(0,0),但它们都不是周期函数。
鉴于这样的情况,我们自然就想问:如果函数有对称轴或者对称中心,那么在什么条件下是一个周期函数?下面的结论回答了这个问题:
定理3 设函数的定义域为d,若的图形有两条对称轴(),则是周期为的周期函数。
证明:若设的图形有两条对称轴(),则对任意的,由,有,且=,由=-(有,且=,则有=,又,有=,由=,有,又由,可知,所以是周期为的周期函数。
定理4 设函数的定义域为d,若的图形有对称轴,且有对称中心(),则是周期为t=的周期函数。
证明:若的图形有对称轴,且有对称中心(),则对于任何,由,得,且有=,又由=,可得=,且+=,因此有=,易知有,由=,可知且,由于,则t=>0,是周期为的周期函数。
2.1.1 周期函数的对称性。
定理5 若点a()是周期函数的对称中心,则对任意的,点也是它的对称中心。(其中t是的周期)
证明:设的周期为t,点a()是图像的对称中心。
a) 先证点b()是图像的对称中心;
由于图像关于点a对称,因此当点属于的图像时,则点()也属于的图像,从而有。
=,从而当点属于的图像时,点也属于的图像,因此图像关于点()对称。
b) 再证对任意整数,图像关于点都对称;
由于==,则当点属于的图像时,点也属于的图像,又因与点是关于对称,因此,图像关于点都对称,像周期函数有一个对称中心,它的周期为,对任意的,点都是它的对称中心。
定理6 如果是周期函数的一条对称轴,那么(,t为的周期)也是该函数的对称轴。
证明:首先当是显然成立;当时,令则===由函数的图像关于直线对称的充要条件是:对任意的,有且成立以及的任意性知道直线是图像的对称轴,下面用第二数学归纳法证明:
对任意的,成立。
1) 先证对时的整数成立。
由上面的已知和时成立,设为时成立,则为时。
===即对的整数式成立。
2) 当时,令,则,则由上面已证的结论可知:
当则()时式成立,因此,对任意的式都成立。
由两个已知结论:1)点a()关于点p()的对称点是b();
3) 点a()关于直线的对称点是b(),说明对任意的,点与点是图像上关于直线()的对称点,也就是图像有无数条对称轴。像周期函数有一条对称轴是,周期t=,即对任意的,直线都是它的对称轴。
2.2 函数奇偶性、周期性及图像对称性的关系。
上面我们从理论上研究了函数周期性与对称性的关系,以及得到了一些常用的结论,下面我们先通过一个问题来研究函数奇偶性、周期性及图像对称性之间的关系:
问题【4】:设函数在定义域上满足,且在闭区间上,只有,试判断的奇偶性。
解:由,可得的图像有两个对称轴分别是和,则有===所以t=10是的一个周期,又因为,,所以,因此函数是非奇非偶函数。
上述过程中用到了函数的周期性,则我们不禁要问这个周期t=10是怎么知道的呢?此题的关键是的图像有两个对称轴与,t=2,同时我们发现,如果函数的图像有一条对称轴(或者)且它是周期t=10的周期函数,就可以征得的图像还有一条对称轴(或者)。
由上面这道题我们受到了启发,研究下面的三种情况以及由相应的命题所得的相关推论:
情况1:二次轴对称与周期性、奇偶性。
命题1 设是定义在r上的函数,给出已知的三个论断:(1)的图像关于直线对称;(2)的图像关于直线对称;(3)是的周期函数,其中。我们可知由上面已知的任意两个论断可以推出第三个论断。
下面只证由(1)(2)推出(3),其它两个命题可类似征得。
证明:因为的图像关于直线对称,则可知,又由的图像关于直线对称,则有,从而有=,即是周期t=的周期函数。
可得以下两个推论:
推论1 设是定义在r上的函数,它的图像关于直线与对称(),则函数的图像有无数条平行于轴的对称轴,即有,其中。特别的,当中有且仅有一个为0,此时是偶函数,则命题1就变成:
推论2 设是定义在r上的函数,给出已知的三个论断:(1)是偶函数;(2)的图像关于直线对称;(3)是的周期函数,其中。则可以由任意两个论断推得第三个论断。
针对此推论中的函数的奇偶性、对称性和周期性这三个性质是否可简单概括为:已知任意的两个性质可推得第三个性质呢?我们可知以下几个结论:
结论1 偶函数如果有关于非轴的对称轴,则一定为周期函数。
证:因为满足,且有,其中,则有==,由此可见,是周期为t=的周期函数。
结论2 奇函数如果有关于非轴的对称轴,则必为周期函数。
证明:由于有关于非轴的对称轴,则有且满足=-,则可知=-=从而是周期为t=的周期函数。
结论3 偶函数如果具有周期性,则必有与轴平行的对称轴。
证明:因为满足,且有其中t,则可有=,从而的对称轴为,并且可知都是的对称轴。
结论4 奇函数如果有周期性,则它不一定有对称轴。
例如,是奇函数,且它还有周期性,但是它没有的对称轴。
结论5如果具有周期性且有()的对称轴的函数不一定具有奇偶性。
例如,就说明了这个结论。
命题2 设的图像关于直线对称且是以为最小正周期的周期函数,当且仅当: =时,其中,函数是偶函数。
初等函数的性质
一 选择题 共20小题 1 已知a r,设集合a 则a的子集个数共有 2 函数的定义域是 1 2,5 则其值域是 3 设函数y f x 与函数g x 的图象关于x 3对称,则g x 的表达式为 4 定义新运算 当a b时,a b a 当a b时,a b b2,则函数f x 1 x x 2 x x 2...
函数的性质 初等函数 函数与方程
第三练函数的基本性质。6 已知f x 是定义在r上的增函数,对x r有f x 0,且f 5 1,设f x f x 讨论f x 的单调性,并证明你的结论。解 这是抽角函数的单调性问题,应该用单调性定 决。在r上任取x1 x2,设x1 f x 是r上的增函数,且f 5 1,当x 5时0 f x 1,而当...
初等函数的基本性质
上课内容 1 上课重点 函数单调性,奇偶性的综合运用,函数高考题的常见题。2 上课规划 解题方法及技巧。一函数基本性质初步练习。函数基本性质 单调性,奇偶性,周期性。例 1.设函数为奇函数,则。2.已知是上的减函数,解不等式。练 函数是上的偶函数,当时,是减函数,解不等式。例 已知是定义在r上的偶函...