函数的对称性及应用

对称性是和谐的表现形式,对称性充分体现了数学的和谐美,给人以审美的愉悦感。在函数中,函数的对称性是函数的一个基本性质,不仅表现出形式美、结构美,应用到一些数学问题中,更有方法美与思路美。对称性对于简捷地解决某些函数问题至关重要,它可以帮助我们快速找到突破口。

1、函数内部的对称性(自对称)

1.1 关于点对称

函数y=f(x)关于点(a,b)对称?圳f(a+x)+f(a-x)=2b,也可以写成f(x)+f(2a-x)=2b。若写成f(a+x)+f(b-x)=c,则函数f(x)关于点( , )对称。

1.2 关于直线对称

函数y=f(x)关于x=a对称?圳f(a+x)+f(a-x),也可以写成f(x)=f(2a-x)。若写成f(a+x)+f(b-x),则函数f(x)关于直线x= = 对称。

2、函数之间的对称性(互对称)

2.1 关于点对称

y=f(x)与y=g(x)关于点(a,b)对称?圳f(x)+g(2a-x)=2b或f(a+x)+g(a-x)=2b。

2.2 关于直线对称

y=f(a+mx)与y=f(b+mx)(m≠0)关于直线x= 对称。特别地,y=f(x)与y=f(2a-x)关于直线x=a对称。

3、函数对称性应用举例

例1 设二次函数f(x)满足f(x+2)=f(-x+2),且其***像与y轴交于点(0,1),在x轴上截得的线段长为2 ,求f(x)的解析式。

解:f(x)关于x=2对称,可设f(x)=a(x-2)2+b。

由4a+b=1,再由x1-x2=2 ?圯2 =2 ,解得a= ,b=-1。f(x)= (x-2)2-1

例2 设f(x)是定义在R上的偶函数,且f(1+x)=f(1-x),当-1?燮x?燮0时,f(x)=- 则f(8.6)= 。

解:f(x)因是定义在R上的偶函数,所以x=0是f(x)对称轴;

又f(1+x)=f(1-x)所以x=1也是f(x)对称轴。故f(x)是以2为周期的周期函数,所以。

f(8.6)=f(4×2+0.6)=f(0.6)=f(-0.6)=0.3.

注:函数y=f(x)满足f(a+x)=f(a-x)且f(b+x)=f(b-x),

即可推出f(x)=f(2a-x)=f[b+(2a-x-b)=f[b-(2a-x-b)]=f [x+2(b-a)],即如果函数在定义域内关于垂直于x轴的两条直线对称,则该函数一定是周期函数,且周期为2(b-a)。类似可导出:若有f(x)的2个对称中心(a,0),(b,0)则T=2 a-b;若有f(x)的1个对称轴x=a和1个对称中心(b,0),则T=4 a-b。

例3 函数f(x)= 的反函数的***像关于点(-1,4)成中心对称,求a。

解:因为反函数的***像关于点(-1,4)成中心对称,所以f(x)= ***像的对称中心是(4,-1),而f(x)= 的对称中心是(a+1,-1),所以a+1=4得a=3。

注:对于分式函数y= ,通过分离常数化为y= + ,其***像可看成由函数y= 的***像向左平移 个单位,再向上平移 个单位而得到的双曲线,故它的对称中心也由(0,0)平移到(- , )故(- , )是y= 的中心对称点。

例4 设函数y=f(x)对一切实数x均满足f(2+x)=f(2-x),且方程f(x)=0恰好有7个不同的根,则这7个不同实根的和为 。

分析与解由f(2+x)=f(2-x),得f(x)关于直线x=2对称。

由于7个根不同且满足对称分布,因此,必须在x=2左右各两个根,且一个根恰在=2处,即7根之和为(2-x1)+(2+x1)+(2-x2)+(2+x2)+(2-x3)+(2+x3)+2=14。

例5 已知函数f(x)=(x+a)3,对任意t∈R总有f(1+t)=-f (1-t),则f (2)= 。

分析与解:由f(1+t)+f (1-t)=0可知函数关于点(1,0)对称,而f(x)=(x+a)3***像可看成由函数f(x)=x3***像向左平移a个单位而得,故对称中心为(-a,0),所以-a=1,即a=-1,故f(2)=(2-1)3=1。

例6 设定义域、值域均为R的函数y= f (x)的反函数为y= f -1(x)。若对一切x∈R, f (x)+ f(1-x)=2都成立,则 f -1(x - 2)+ f -1(4 - x)= 。

分析与解: f (x)+ f(1-x)=2?圳( ,1)是***像的对称中心,故(1, )是y= f -1(x)***像的对称中心,由此可知f -1(x)+f -1(2-x)=1,从而可得 f -1(x-2)+ f -1(4 - x)=1。

注:反函数也是函数,不过只是一类特殊的函数,当然应满足函数的对称性的结论,即:(1, )是y= f -1(x)***像的y= f -1(x)对称中心?圳 f -1(x)+ f -1(2 - x)=1。

例7 已知定义R在上的函数f(x)的***像关于点(- ,0)成中心对称,对任意实数x都有f(x)=- ,且f(-1)=1,f(0)=-2,则f(0)+f(1)+...+f(2014)=

解:函数f(x)的***像关于点(- , 0)成中心对称?圯f(x)+f(- -x)=0,

则f(1)+f(- )=0。f(x)=- ?圯f(1)=1,且f(x)是以3为周期的函数,

故f(3)=f(0)=-2,f(2)=f(-1)=1。

f(0)+f(1)+...+f(2014)=f(0)+671・[f(1)+f(2)+f(3)]+f(1)=-1。

注:关于周期性,记住如下几个结论是有益处的。

①f(x+a)=f(x+b)?圯T= a-b;

②f(x+a)=-f(x+b)?圯T=2 a-b;

③f(x+a)= 或f(x+a)=- ?圯T=2a;

④f(x+ )= 或f(x+ )= ?圯T=2a。

以上几例,正确解题取决于具不具有函数对称的概念及相关知识,有关概念、做法、数值特征是需要花时间理解甚至记忆的,因为这些东西弄明白了,将十分有利于解题。

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