函数对称性的应用
高中数学新课标对函数的性质着重讲解了单调性、奇偶性、周期性,但在考试测验甚至高考中不乏对函数对称性、连续性、凹凸性的考查。
尤其是对称性,因为教材上对它有零散的介绍,例如二次函数的对称轴,反比例函数的对称性,三角函数的对称性,因而考查的频率一直比较高。
在这方面一直是教学的难点,尤其是抽象函数的对称性判断。
所以我对高中阶段所涉及的函数对称性知识做一个粗略的总结
一、对称性的概念
(1)函数轴对称:如果一个函数的图像沿一条直线对折,直线两侧的图像能够完全重合,则称该函数具备对称性中的轴对称,该直线称为该函数的对称轴。
(2)中心对称:如果一个函数的图像沿一个点旋转180度,所得的图像能与原函数图像完全重合,则称该函数具备对称性中的中心对称,该点称为该函数的对称中心。
二、常见函数的对称性(所有函数自变量可取有意义的所有值)
(1)常数函数:既是轴对称又是中心对称,其中直线上的所有点均为它的对称中心,与该直线相垂直的直线均为
它的对称轴
(2)幂函数:幂函数中的奇函数是中心对称,对称中心是原点;幂函数中的偶函数是轴对称,对称轴是y轴。
(3)正弦函数:既是轴对称又是中心对称,其中(k π,0)是它的对称中心,x=kπ+π/2是它的对称轴。
(4)正弦型函数:正弦型函数y=Asin(ωx+φ)既是轴对称又是中心对称,只需从ωx+φ=kπ中解出x,就是它的对称中心的横坐标,纵坐标当然为零;只需从ωx+φ=kπ+π/2中解出x,就是它的对称轴;需要注意的是如果图像向上向下平移,对称轴不会改变,但对称中心的纵坐标会跟着变化。
(5)余弦函数:既是轴对称又是中心对称,其中x=k π是它的对称轴,(kπ+π/2,0)是它的对称中心。
(6)正切函数:不是轴对称,但是是中心对称图形,其中(kπ/2,0)是它的对称中心,(不要误以为对称中心只是(kπ,0))。
(7)三次函数:任何三次函数都是中心对称图形,对称中心的横坐标是二阶导数的零点。
(8)对号函数:对号函数y=x+a/x(其中a>0)因为是奇函数所以是中心对称,原点是它的对称中心。
(它没有对称轴),例如在处理函数y=x+1/x时误以为会有f0.5)=f (1.5),我在教学时总是问学生:你可看见过老师将“√”
两边画得一样齐?学生们立刻明白并记忆深刻。
(9)绝对值函数:这里主要说的是y=f(│x│)和y=│f(x)│两类。
前者显然是偶函数,它会关于y轴对称;
后者是把x轴下方的图像对称到x轴的上方,是否仍然具备对称性,这也没有一定的结论,例如y=│lnx│就没有对称性,而y=│sinx│却仍然是轴对称。
三、抽象函数的对称性猜测
(一)函数自身的对称性
定理1函数y=f(x)的图像关于点A(a,b)对称的充要条件是:f(x)+f(2a-x)=2b
推论:函数y=f(x)的图像关于原点O对称的充要条件是:f(x)+f(-x)=0
定理2.函数y=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)即f (x)=f(2a-x)
推论:函数y=f(x)的图像关于y轴对称的充要条件是f(x)=f(-x)。
推论:满足条件f (x-a)的函数的图象关于直线x=对称。
定理3.①若函数y=f(x)f(b-x)图像同时关于点A (a,c)和点B (b,c)成中心对称(a≠b),则y=f(x)是周期函数,且2|a-b|是其一个周期。
②若函数y=f(x)图像同时关于直线x=a和直线x=b成轴对称(a≠b),则y=f(x)是
周期函数,且2|a-b|是其一个周期。
③若函数y=f(x)图像既关于点A(a,c)成中心对称又关于直线x=b成轴对称(a ≠b),则y=f(x)是周期函数,且4|a-b|是其一个周期。
(二)不同函数对称性的探究
定理4. 函数y=f(x)与y=2b-f (2a-x)的图像关于点A (a ,b)成中心对称。
定理5. ①函数y = f (x)y =f(2a-x)的图像关于直线x=a成轴对称。
②函数y=f(x)与a-x = f (a-y)的图像关于直线x +y=a成轴对称。
③函数y=f(x)与x-a=f(y + a)的图像关于直线x-y=a成轴对称。
定理6. ①函数y=f (x)与y=f(-x)的图像关于直线x=0成轴对称。
②函数y=f(x)与y=-f(x)的图像关于直线y=0成轴对称。
③函数y=f(x)与y=-f(-x)的图像关于原点成中心对称。
④函数y=f(x)与y=f(x)的图像的关系。
f(x)的图象先保留f(x)在Y轴右方的图象,擦去Y轴左方的图象,然后作出Y轴右方的图象关于Y轴的对称图形得到。
⑤函数y=f(x)与y=f(x)的图像的关系f(x)。
的图象先保留f(x)原来在X轴上方的图象,作出X轴下方的图象关于X轴的对称图形,然后擦去X轴下方的图象得到。