函数的周期性与对称性

第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第5炼函数的对称性与周期性一、基础知识(一)函数的对称性1、对定义域的要求：无论是轴对称还是中心对称，均要求函数的定义域要关于对称轴(或对称中心)对称2、轴对称的等价描述：(1)f(a一x)=f(a+x)=fG)关于％=a轴对称(当a=0时，恰好就是偶函数)(2)f(a一x)=f(b+x)of(x)关于x="b轴对称2在已知对称轴的情况下，构造形如f(a-x)=f(b+x)的等式只需注意两点，一是等式两侧f前面的符号相同，且括号内x前面的符号相反；二是a,b的取值保证x=a+b为所给对称轴即可。例如：f(x)关于x=1轴对称nf(x)=f(2-x)，或得到f(3—x)=f(—1+x)均可，只是在求函数值方面，一侧是f(x)更为方便(3)f(x+a)是偶函数，则f(x+a)=f(-x+a)，进而可得到：f(x)关于x=a轴对称。①要注意偶函数是指自变量取相反数，函数值相等，所以在f(x+a)中，x仅是括号中的一部分，偶函数只是指其中的x取相反数时，函数值相等，即f(x+a)=f(-x+a)，要与以下的命题区分：若f(x)是偶函数，则f(x+a)=f[-(x+a)]：f(x)是偶函数中的x占据整个括号，所以是指括号内取相反数，则函数值相等，所以有f(x+a)=f[-(x+a)]②本结论也可通过图像变换来理解，f(x+a)是偶函数，则f(x+a)关于x=0轴对称，而f(x)可视为f(x+a)平移了网个单位(方向由a的符号决定)，所以f(x)关于x=a对称。在已知对称中心的情况下，构造形如fQ-x)=-f(b+x)的等式同样需注意两点，一是等式两侧f和x前面的符号均相反；二是a,b的取值保证x=a)为所给对称中心即可。例如：f(x)关于(-1,0)中心对称nf(x)=-f(-2-x)，或得到f(3-x)=-f(-5+x)均可，同样在求函数值方面，一侧是f(x)更为方便(3)f(x+a)是奇函数，则f(x+a)=-f(-x+a)，进而可得到：f(x)关于(a,0)中心对称。①要注意奇函数是指自变量取相反数，函数值相反，所以在f(x+a)中，x仅是括号中的一部分，奇函数只是指其中的x取相反数时，函数值相反，即f(x+a)=f(-x+a)，要与以下的命题区分：若f(x)是奇函数，则f(x+a”-f[-(x+a)]：f(x)是奇函数中的x占据整个括号，所以是指括号内取相反数，则函数值相反，所以有f(x+a”-f[-(x+a)]②本结论也可通过图像变换来理解，f(x+a)是奇函数，则f(x+a)关于(0,0)中心对称，而f(x)可视为f(x+a)平移了网个单位(方向由a的符号决定)，所以f(x)关于(a,0)对称。4、对称性的作用：最突出的作用为“知一半而得全部”，即一旦函数具备对称性，则只需要分析一侧的性质，便可得到整个函数的性质，主要体现在以下几点：(1)可利用对称性求得某些点的函数值(2)在作图时可作出一侧图像，再利用对称性得到另一半图像(3)极值点关于对称轴(对称中心)对称(4)在轴对称函数中，关于对称轴对称的两个单调区间单调性相反；在中心对称函数中，关于对称中心对称的两个单调区间单调性相同(二)函数的周期性1、定义:设f(x)的定义域为D，若对VxeD，存在一个非零常数T，有f(x+T)=f(x)，则称函数f(不)是一个周期函数，称T为f(x)的一个周期2、周期性的理解：可理解为间隔为T的自变量函数值相等3、若fG)是一个周期函数，则f(x+T)=f(x)，那么f(x+2T)=f(x+T)=f(x)，即2T也是f(x)的一个周期，进而可得：kT(keZ)也是f(x)的一个周期4、最小正周期：正由第3条所说，kT(keZ)也是f(x)的一个周期，所以在某些周期函数中，往往寻找周期中最小的正数，即称为最小正周期。然而并非所有的周期函数都有最小正周期，比如常值函数f(x)=C5、函数周期性的判定：(1)f(x+a)=f(x+b)：可得f(x)为周期函数，其周期T=|b-a|(2)f(x+a)=-f(x)nf(x)的周期T=2a分析:直接从等式入手无法得周期性，考虑等间距再构造一个等式：f(x+2a)=-f(x+a)所以有：f(x+2a)=-f(x+a)=-(一f(x))=f(x)，即周期T=2a注：遇到此类问题，如果一个等式难以推断周期，那么可考虑等间距再列一个等式，进而通过两个等式看能否得出周期1(3)f(x+a)=yQ)nf(x)的周期T=2a1 1分析：f(x+2a)=f(x+a)= =f(x)f(x)(4)f(x)+f(x+a)=k(k为常数)nf(x)的周期T=2a分析：f(x)+f(x+a)=k,f(x+a)+f(x+2a)=k，两式相减可得：f(x+2a)=f(x)(5)f(x)-f(x+a)=k(k为常数)nf(x)的周期T=2a(6)双对称出周期：若一个函数f(x)存在两个对称关系，则f(x)是一个周期函数，具体情况如下：(假设b>a)①若f(x)的图像关于x=a,x=b轴对称，则f(x)是周期函数，周期T=2(b-a)分析：f(x)关于x=a轴对称nf(t)=f(2a+x)f(x)关于x=b轴对称nf(—x)=f(2b+x):.f(2a+x)=f(2b+x):.f(x)的周期为T=2b-2a=2(b一a)②若f(x)的图像关于(a,0),(b,0)中心对称，则f(x)是周期函数，周期T=2(b一a)③若f(x)的图像关于x=a轴对称，且关于(b,0)中心对称，贝f(x)是周期函数，周期T=4(b-a)7、函数周期性的作用：简而言之“窥一斑而知全豹”，只要了解一个周期的性质，则得到整个函数的性质。(1)函数值：可利用周期性将自变量大小进行调整，进而利用已知条件求值(2)图像：只要做出一个周期的函数图象，其余部分的图像可利用周期性进行“复制+粘贴”(3)单调区间：由于间隔kT(keZ)的函数图象相同，所以若f(x)在(a,b)(b-a<T)上单调增(减)，则f(x)在(a+kT,b+kT)(keZ)上单调增(减)(4)对称性：如果一个周期为T的函数f(x)存在一条对称轴x=a(或对称中心)，则kTf(x)存在无数条对称轴，其通式为x=a+?(keZ)证明：\/(x)关于x=a轴对称.f(x)=f(2a一x)函数f(x)的周期为T .f(x+kT)=f(x)kT：.f(x+kT)=f(2a一x) :.f(x)关于x=a+一轴对称2注：其中(3)(4)在三角函数中应用广泛，可作为检验答案的方法二、典型例题：例1：设f(x)为定义在R上的奇函数，f(x+2)=-f(x),当0<x<1时，f(x)=x，则f(7.5)= 思路：由f(x+2)=-f(x)可得：f(x)的周期T=4，.二考虑将f(7.5)用0<x<1中的函数值进行表示：f(7.5)=f(3.5)=f(一0.5)，此时周期性已经无法再进行调整，考虑利

用奇偶性进行微调：f(-0.5)=-f(0.5)=-1，所以f(7.5)=-1答案：f(7.5)=-1例2：定义域为R的函数fG)满足f(X+2)=2f(x),当xe[0,2)时，f(x)=-A.B.C.D.思路：由f(x+2)=2f(x)nfA.B.C.D.思路：由f(x+2)=2f(x)nf(x)=1f(x+2),^2可类比函数的周期性，所以考虑将5x=--向xe2[0,2)进行转化:答案：D小炼有话说：f(x)虽然不是周期函数，但函数值关系与周期性类似，可理解为：间隔2个单位的自变量，函数值呈2倍关系。所以在思路上仍可沿用周期性的想法，将自变量向已知范围进行靠拢。例3：定义在R上的函数f(x)对任意xeR，都有f(x+2)=1-f(x),f(2)1+f(x)1“则f(2016)等于(1A.一4思路：由f(x+2)=1B.一21-f(x)邛3及所求1C.一33D.—5f(2010)可联想到周期性，所以考虑1-11-1-f(x)f(x+4)=―(x+2)=一虫=1+f(x+2)-1-f(x)1+T+fTx)f(x)，所以f(x)是周期为4的周期函数，故f(2016)=f(4)，而由已知可得f(4)=[f:=3，所以f(2016)=3答案：D第一早 第5第一早 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第一早 第5第一早 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作例4(2009山东)：定义在尺上的函数/G)满足/(%)=/(例4(2009山东)：定义在尺上的函数/G)满足/(%)=/(2009)的值为( )A.-1B.0C.1log(1-x),x<0f(x-l)-f(x-2),x>0?人」D.2思路：所给/Q)的特点为x＜0才有解析式能够求值，而x＞。只能通过/(x)=/(x—1)—/G—2)减少自变量的取值，由所求/(2009)可联想到判断了(X)是否具有周期性，x＞。时，/(x)=/(%-1)-/(%-2),则有y(x-1)=/(%-2)-/(%-3),两式相加可得：/(%)=-/(%-3),则f(x)=-/(x-3)=/(x-6),即/G)在x＞0时周期是6,故f(2009)=/(5)=-/(2),而/(2)=/(i)-/(o)=/(o)-/(-i)-/(o)=/(-i)=i答案：c小炼有话说：(D本题的思路依然是将无解析式的自变量通过函数性质向含解析式的自变量靠拢，而x=2009数较大，所以考虑判断函数周期性。(2)如何快速将较大自变量缩至已知范围中？可利用带余除法除以周期，观察余数。则被除数的函数值与余数的函数值相同，而商即为被除数利用周期缩了多少次达到余数。例如本题中2009+6=334…5,从而了(2009)=/(5)(3)本题推导过程中/Q)=—/G—3)也有其用处，其含义是间隔为3的自变量函数值互为相反数，相比周期，它的间隔更小，所以适用于利用周期缩小自变量范围后，进行“微调”从而将自变量放置已知区间内例5：函数/Q)是周期为4的偶函数，当无£［0,2］时，/(x)=log(x+l)-l,则不等2式对1G)＞。在式对1G)＞。在［-1H上的解集为思路：从已知出发可知XG［0,2］时，fG)为增函数，且f(1)=log2-1=0,所以2X£［0,1)时，f(X)<0,X£(1,2］时，f(X)>0,由偶函数可得：X£(-1,0］时，f(X)<0,f(X)£1-2,-1)时，f(X)>0。从而可作出草图。由所解不等式Xf(X)>0可将［-1,3］分为［-1,0)u［°，3］两部分，当x<0时，f(X)<0，所以X£(-1,0)，当x>0时，f(X)>0，所以f(x)£(1,3)，综上解集为：(-1,0)U(1，3)答案:(-1,0)U(1,3)例6：已知f(x)是定义在R上的函数，满足f(x)+f(-x)=0,f(x-1)=f(x+1)，当X£(0,1)时，f(X)=-X2+X，则函数f(X)的最小值为(1A，1A，4C,-2思路：由f(X-1)=f(X+1)可得f(x)是周期为2的周期函数，所以只需要求出一个周期内的最值即可。由f(x)+f(-x)=0可得f(X)为奇函数，所以考虑区间(-1,1)，在X£(X£(0,1)时，f(X)=-+1，所以f(x)4 max:，而由于f(x)为奇函4TOC\o"1-5"\h\z数，所以在X£(-1,0)时，f(x)=f--=-f—=-—，所以f-—即为f(x)minV2J v2y 4 v2J在(-1,1)的最小值，从而也是f(x)在R上的最小值答案：B例7：已知定义域为R的函数f6)满足f(-X)=-f(X+4)，且函数f(x)在区间(2,+s)上单调递增，如果x<2<x，且x+x<4，则f(x)+f(X)的值( )1 2 12 1 2A.可正可负 B.恒大于0 C.可能为0 D.恒小于0思路一：题目中给了单调区间，与自变量不等关系，所求为函数值的关系，从而想到单调性,而x+x<4可得x<4-x，因为x<2，所以4-x>2，进而将x,4-x装入了12 2 1 1 1 2 1(2,+8)中，所以由x<4-x可得f(x)<f(4-X)，下一步需要转化f(4-X)，由21 2 1 1第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载f(-x)=-f(x+4)可得f(x)关于(2,0)中心对称，所以有f(4一x)=—f(x)。代入x1可得f(4-x)=-f(x),从而f(x)<-f(x)nf(x)+f(x)<01 1 2 112思路二：本题运用数形结合更便于求解。先从f(-x)=-f(x+4)分析出f(x)关于(2,0)中心对称，令x=-2代入到f(-x)=-f(x+4)可得f(2)=0。中心对称的函数对称区间单调性相同，从而可作x+x一出草图。而x+x<4nt 2<2，即x,x的中点位于TOC\o"1-5"\h\z1 2 2 1 2x=2的左侧，所以x比x距离x=2更远，结合图象便可1 2分析出f(x)+f(x)恒小于01 2答案：D小炼有话说：(1)本题是单调性与对称性的一个结合，入手点在于发现条件的自变量关系，与所求函数值关系，而连接它们大小关系的“桥梁”是函数的单调性，所以需要将自变量装入同一单调区间内。而对称性起到一个将函数值等价转化的作用，进而与所求产生联系(2)数形结合的关键点有三个：第一个是中心对称图像的特点，不仅仅是单调性相同，而TOC\o"1-5"\h\z且是呈“对称”的关系，从而在图像上才能看出f(x)+f(x)的符号；第二个是f(2)=0，1 2进而可知xe(2,+W),f(x)>0;x£(t,2),f(x)<0；第三个是x+x一x+x<4n1c2<2，既然是数形结合，则题中条件也要尽可能转为图像特点，而1 2 2x+x<4表现出中点的位置，从而能够判断出x,x距离中心对称点的远近。1 2 1 2例8：函数f(x)的定义域为R，若f(x+1)与f(x-1)都是奇函数，则( )A.f(x)是偶函数 B.f(x)是奇函数C.f(x)=f(x+2) d.f(x+3)是奇函数思路：从已知条件入手可先看f(x)的性质，由f(x+1),f(x-1)为奇函数分别可得到：f(x+1)=-f(-x+1),f(x-1)=-f(-x-1)，所以f(x)关于(1,0),(-1,0)中心对称，双对称出周期可求得T=2・[1-(-1)]=4，所以C不正确，且由已知条件无法推出一定符合A,B。对于D选项，因为T=4,所以f(x+5)=f(x+1)=-f(—x+1),进而可推出fG)关于(3,0)中心对称，所以f(x+3)为f(x)图像向左平移3个单位，即关于(0,0)对称，所以f(x+3)为奇函数，D正确答案：D例9：已知定义域为R的函数y=f(x)在［0,7］上有1和6两个零点，且y=f(x+2)与y=f(x+7)都是偶函数，则y=f(x)在［0,2013］上的零点个数至少有()个A.404 B.804 C,806 D.402思路：已知区间仅是［0,7］，而所求区间为［0,2013］，跨度如此之大，需要函数性质。从条件入手f(x+2),f(x+7)为偶函数可得f(x)关于x=2,x=7轴对称，从而判断出f(x)是周期函数，且T=2・(7—2)=10，故可以考虑将［0,2013］以10为周期分组，先判断出一个周期内零点的个数，再乘以组数，加上剩余部分的零点即可解：・.・/G+2),f(x+7)为偶函数/.f(x+2)=f(—x+2),f(x+7)=f(—x+7) /.f(x)关于x=2,x=7轴对称二.f(x)为周期函数，且T=2・(7—2)=10二.将［0,2013］划分为10,10)U［10,20)U.・・U［2000,2010)U［2010,2013］・.・/(x)关于x=2,x=7轴对称/.f(x)=f(4—x),f(x)=f(14—x).../①二/(6)=0f(8)=f(14—8)=f(6)=0f(3)=f(4—3)=f(1)=0二在［0,10)中只含有四个零点而［0,10)U［10,20)U---U［2000,2010)共201组所以N=201义4=804在［2010,2013］中，含有零点f(2011)=f(1)=0,f(2013)=f(3)=0共两个所以一共有806个零点答案：C小炼有话说：(1)周期函数处理零点个数时，可以考虑先统计一个周期的零点个数，再看所求区间包含几个周期，相乘即可。如果有不满一个周期的区间可单独统计(2)在为周期函数分段时有一个细节：“一开一闭”，分段的要求时“不重不漏”，所以在给周期函数分段时，一端为闭区间，另一端为开区间，不仅达到分段要求，而且每段之间保持队型，结构整齐，便于分析。(3)当一个周期内含有对称轴(或对称中心)时，零点的统计不能仅限于已知条件，而要看是否由于对称产生新的零点。其方法一是可以通过特殊值的代入，二是可以通过图像，将零点和对称轴标在数轴上，看是否有由对称生成的零点(这个方法更直观，不易丢解)例10：设函数y=fG)是定义在R上以1为周期的函数，若gG)=fG)—2X在区间[2,3]上的值域为[-2,6]，则函数gG)在[-12,12]上的值域为( )A. [-2,6] B. [-20,34] C,[-22,32] D,[-24,28]TOC\o"1-5"\h\z思路：设xg[2,3],则g(x)e[-2,6],因为fG)为周期函数，故以f(4)为突破口，0 0g(X+n)=f(X+n)-2G+n)=f(x)-2x-2n=g(x)-2n，考虑在[-12,-11]0 0 0 0 0 0中n=-14,所以g(x -14)=g(x )-2•(-14)=g(x )+28g[26,34],在[11,12]中00 0n=9,所以g(x+9)=g(x)-2•9=g(x)-18g[-20,-12],所以g(x)在[-12,12]00 0的值域为[-20,34]答案：B三、近年模拟题题目精选1、(2014,庆安高三期中)已知函数f(X)是R上的偶函数，且满足f(X+1)+f(X)=3，当xg[-1,0]时，f(X)=2+X，则f(-2007.5)的值为( )A.0.5 B.1.5 C.-1.5 D.12、(2014,安徽)设函数f(X)满足f(X+兀)=f(x)+sinx,当xg[0,兀)时，f(x)=0,

A.B.C.0A.B.C.0D.3、(2014,四川)设f(x)是定义在R上的周期为2的函数，当xe[-1,1)时，f(x)=-4x2+2,-1f(x)=x,0<x<14、(2014,新课标全国卷I)设函数f(x),g(x)的定义域都为R，且f(x)是奇函数，g(x)是偶函数，则下列结论中正确的是( )A.f(x)g(x)是偶函数 B.|f(x)|g(x)是奇函数C.f(x)\g(x)是奇函数 D.|f(x)g(x)|是奇函数5、(2014,会宁县校级月考)已知f(x+1)=f(x-1),f(x)=f(-x+2)，方程f(x)=0在［0,1］内有且只有一个:，则f(x)在区间［0,2014］内根的个数为( )A.1006 B,1007 C,2013 D,20146、已知定义在R上的函数f(x)满足：f(-x)=-f(x),f(1+x)=f(1-x)，当xG［-1,1］时，f(x)=x3，则f(2009)=7、已知定义在R上的函数f(x)满足f(-x)=-f(x),f(x-2)=f(x+2)，且TOC\o"1-5"\h\zx£(一1,0)时，f(x)=2x+1，贝ijf(log20)=( )5 2. 4 . 4A.1 B.- C.-1 D.--8、已知f(x)是定义在R上的奇函数，且对任意实数x,恒有f(x+2)=-f(x),当xe［0,2］时，f(x)=2x-x2,求f(0)+f(1)+f(2)+.・.+/(2012)第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载本书由作者独家授权“学易书城”，其所含章节未经作者与学易书城同意不得随意转载第二章 第5第二章 第5炼函数的对称性与周期性 函数及其性质习题答案：1、答案：B解析：由f(X+1)+f(X)=3可得：f(X)+f(X—1)=3，两式相减可得：f(^+1)=f(X—1)，所以f(X)的周期T=2，再由