《函数的对称性》高一数学知识点总结
一、 函数自身的对称性探究
定理1.函数 = 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
证明:(必要性)设点P(x ,)是 = f (x)图像上任一点,∵点P( x ,)关于点A (a ,b)的对称点P'(2a-x,2b-)也在 = f (x)图像上,∴ 2b- = f (2a-x)
即 + f (2a-x)=2b故f (x) + f (2a-x) = 2b,必要性得证。
(充分性)设点P(x0,0)是 = f (x)图像上任一点,则0 = f (x0)
∵ f (x) + f (2a-x) =2b∴f (x0) + f (2a-x0) =2b,即2b-0 = f (2a-x0) 。
故点P'(2a-x0,2b-0)也在 = f (x) 图像上,而点P与点P'关于点A (a ,b)对称,充分性得征。
推论:函数 = 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 = 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) (证明留给读者)
推论:函数 = f (x)的图像关于轴对称的充要条件是f (x) = f (-x)
定理3. ①若函数 = f (x) 图像同时关于点A (a ,c)和点B (b ,c)成中心对称(a≠b),则 = f (x)是周期函数,且2 a-b是其一个周期。
②若函数 = f (x) 图像同时关于直线x = a 和直线x = b成轴对称 (a≠b),则 = f (x)是周期函数,且2 a-b是其一个周期。
③若函数 = 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 = f (x)是周期函数,且4 a-b是其一个周期。
①②的证明留给读者,以下给出③的`证明:
∵函数 = f (x)图像既关于点A (a ,c) 成中心对称,
∴f (x) + f (2a-x) =2c,用2b-x代x得:
f (2b-x) + f [2a-(2b-x) ] =2c………………(*)
又∵函数 = f (x)图像直线x =b成轴对称,
∴ f (2b-x) = f (x)代入(*)得:
f (x) = 2c-f [2(a-b) + x]…………(**),用2(a-b)-x代x得
f [2 (a-b)+ x] = 2c-f [4(a-b) + x]代入(**)得:
f (x) = f [4(a-b) + x],故 = 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 = f (x)与 = 2b-f (2a-x)的图像关于点A (a ,b)成中心对称。
定理5. ①函数 = f (x)与 = f (2a-x)的图像关于直线x = a成轴对称。
②函数 = f (x)与a-x = f (a-)的图像关于直线x + = a成轴对称。
③函数 = f (x)与x-a = f ( + a)的图像关于直线x- = a成轴对称。
定理4与定理5中的①②证明留给读者,现证定理5中的③
设点P(x0 ,0)是 = f (x)图像上任一点,则0 = f (x0)。记点P( x ,)关于直线x- = a的轴对称点为P'(x1, 1),则x1 = a + 0 , 1 = x0-a ,∴x0 = a + 1 , 0= x1-a 代入0 = f (x0)之中得x1-a = f (a + 1) ∴点P'(x1, 1)在函数x-a = f ( + a)的图像上。
同理可证:函数x-a = f ( + a)的图像上任一点关于直线x- = a的轴对称点也在函数 = f (x)的图像上。故定理5中的③成立。
推论:函数 = f (x)的图像与x = f ()的图像关于直线x = 成轴对称。
三、 三角函数图像的对称性列表
注:①上表中∈Z
② = tan x的所有对称中心坐标应该是(π/2 ,0 ),而在岑申、王而冶主编的浙江教育出版社出版的21世纪高中数学精编第一册(下)及陈兆镇主编的广西师大出版社出版的高一数学新教案(修订版)中都认为 = tan x的所有对称中心坐标是( π, 0 ),这明显是错的。
四、 函数对称性应用举例
例1:定义在R上的非常数函数满足:f (10+x)为偶函数,且f (5-x) = f (5+x),则f (x)一定是( ) (第十二届希望杯高二 第二试题)
(A)是偶函数,也是周期函数 (B)是偶函数,但不是周期函数
(C)是奇函数,也是周期函数 (D)是奇函数,但不是周期函数
解:∵f (10+x)为偶函数,∴f (10+x) = f (10-x).
∴f (x)有两条对称轴 x = 5与x =10 ,因此f (x)是以10为其一个周期的周期函数, ∴x =0即轴也是f (x)的对称轴,因此f (x)还是一个偶函数。
故选(A)
例2:设定义域为R的函数 = f (x)、 = g(x)都有反函数,并且f(x-1)和g-1(x-2)函数的图像关于直线 = x对称,若g(5) = 1999,那么f(4)=( )。
(A) 1999; (B)2000; (C)2001; (D)2002。
解:∵ = f(x-1)和 = g-1(x-2)函数的图像关于直线 = x对称,
∴ = g-1(x-2) 反函数是 = f(x-1),而 = g-1(x-2)的反函数是: = 2 + g(x), ∴f(x-1) = 2 + g(x), ∴有f(5-1) = 2 + g(5)=2001
故f(4) = 2001,应选(C)
例3.设f(x)是定义在R上的偶函数,且f(1+x)= f(1-x),当-1≤x≤0时,
f (x) = - x,则f (8.6 ) = _________ (第八届希望杯高二 第一试题)
解:∵f(x)是定义在R上的偶函数∴x = 0是 = f(x)对称轴;
又∵f(1+x)= f(1-x) ∴x = 1也是 = f (x) 对称轴。故 = f(x)是以2为周期的周期函数,∴f (8.6 ) = f (8+0.6 ) = f (0.6 ) = f (-0.6 ) = 0.3
例4.函数 = sin (2x + )的图像的一条对称轴的方程是( )(92全国高考理) (A) x = - (B) x = - (C) x = (D) x =
解:函数 = sin (2x + )的图像的所有对称轴的方程是2x + = +
∴x = - ,显然取 = 1时的对称轴方程是x = - 故选(A)
例5. 设f(x)是定义在R上的奇函数,且f(x+2)= -f(x),当0≤x≤1时,
f (x) = x,则f (7.5 ) = ( )
(A) 0.5 (B) -0.5 (C) 1.5 (D) -1.5
解:∵ = f (x)是定义在R上的奇函数,∴点(0,0)是其对称中心;
又∵f (x+2 )= -f (x) = f (-x),即f (1+ x) = f (1-x), ∴直线x = 1是 = f (x) 对称轴,故 = f (x)是周期为2的周期函数。
∴f (7.5 ) = f (8-0.5 ) = f (-0.5 ) = -f (0.5 ) =-0.5 故选(B)
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