凤中数学静雅斋
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- 陂穷 支
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1 第三节函数的奇偶性与周期性
2 1. 奇函数 偶函数的概念及图象特征 定 义 奇函数 偶函数 定义域 函数 f(x) 的定义域关于 原点对称 x 对于定义域内 任意的一个 x f(x) 与 f(-x) 的关系 都有 f(-x) =-f(x) 都有 f(-x)=f(x) 结论 函数 f(x) 为奇函数 函数 f(x) 为偶函数 图象特征 关于 原点对称 关于 y 轴对称
3 2. 周期性 (1) 周期函数 : 对于函数 y=f(x), 如果存在一个非零常数 T, 使得当 x 取定义域内的任何值时, 都有, f(x+t)=f(x) 那么就称函数 y=f(x) 为周期函数, 称 T 为这个函数的周期. (2) 最小正周期 : 如果在周期函数 f(x) 的所有周期中 存在一个最小的正数, 那么这个最小正数就叫做 f(x) 的最小正周期.
4 知识拓展 1. 奇偶性的五个重要结论 回顾教材 夯基固本 (1) 如果一个奇函数 f(x) 在原点处有定义, 即 f(0) 有意义, 那么一定有 f(0)=0. (2) 如果函数 f(x) 是偶函数, 那么 f(x)=f( x ). (3) 既是奇函数又是偶函数的函数只有一种类型, 即 f(x)=0,x D, 其中定义域 D 是关于原点对称的非空数集. (4) 奇函数在两个对称的区间上具有相同的单调性 ; 偶函数在两个对称的区间上具有相反的单调性. (5) 偶函数在关于原点对称的区间上有相同的最大 ( 小 ) 值, 取最值时的自变量互为相反数 ; 奇函数在关于原点对称的区间上的最值互为相反数, 取最值时的自变量也互为相反数.
5 2. 周期性的三个常用结论 若对于函数 f(x) 定义域内的任意一个 x 都有 : (1)f(x+a)=-f(x)(a 0,f(x) 0), 则函数 f(x) 必为周期函数,2 a 是它的一个周期 ; (2)f(x+a)= 1 f x (a 0,f(x) 0), 则函数 f(x) 必为周期函数,2 a 是它的一个周期. (3) 若函数 f(x) 关于直线 x=a 与 x=b 对称, 那么函数 f(x) 的周期为 2 b-a.
6 1.(2018 杭州二模 ) 下列函数中, 既是偶函数又在 (0,+ ) 上单调递增的是 ( ) A.y= x C.y=e x B.y=cos x D.y=ln x
7 解析 :y= x 不具有奇偶性 ;y=cos x 在 (0,+ ) 上不单调 ;y=e x 不具有奇偶性 ; y=ln x 的定义域为 (-,0) (0,+ ), 关于原点对称, 且 ln -x =ln x, 故 y=ln x 为偶函数, 当 x>0 时,y=ln x =ln x, 在 (0,+ ) 上递增. 答案 :D
8 2.(2016 高考山东卷 ) 已知函数 f(x) 的定义域为 R, 当 x<0 时,f(x)=x 3-1; 当 - 1 x 1 时,f(-x)=-f(x); 当 x> 1 2 时,f x+ 1 2 =f x- 1 2, 则 f(6)=( ) A.-2 B.-1 C.0 D.2
9 解析 : 利用已知条件, 将所求问题转化为 x<0 时求函数 f(x) 的值. 由题意知当 x> 1 2 时,f x+ 1 2 =f x- 1 2, 则当 x>0 时,f(x+1)=f(x). 又当 -1 x 1 时,f(-x)=-f(x), f(6)=f(1)=-f(-1). 又当 x<0 时,f(x)=x 3-1, f(-1)=-2, f(6)=2. 故选 D. 答案 :D
10 3. 已知定义在 R 上的奇函数 f(x) 满足 f(x+4)=f(x), 则 f(8) 的值为 ( ) A.-1 B.0 C.1 D.2 解析 : 因为 f(x+4)=f(x), 所以 f(x) 是以 4 为周期的周期函数. 所以 f(8)=f(0), 又函数 f(x) 是定义在 R 上的奇函数, 所以 f(8)=f(0)=0. 答案 :B
11 4. 设函数 f(x) 是定义在 R 上的奇函数, 若当 x (0,+ ) 时,f(x)=lg x, 则满足 f(x)>0 的 x 的取值范围是. 解析 : 画草图, 由 f(x) 为奇函数知 f(x)>0 的 x 的取值范围为 (-1,0) (1,+ ). 答案 :(-1,0) (1,+ )
12 考点一函数奇偶性的判定 典例 1 判断下列函数的奇偶性 : (1)f(x)= 9-x 2 + x 2-9; (2)f(x)= 4-x2 x+3-3 ; x 2 +x,x>0, (3)f(x)= x 2 -x,x<0.
13 9-x 2 0, 解 :(1) 由 x 2-9 0, 得 x=±3. 所以 f(x) 的定义域为 {-3,3}, 关于原点对称. 又 f(3)+f(-3)=0,f(3)-f(-3)=0. 即 f(x)=±f(-x). 所以 f(x) 既是奇函数, 又是偶函数.
14 4-x 2 0, (2) 由 x+3-3 0, 得 -2 x 2 且 x 0. 所以 f(x) 的定义域为 [-2,0) (0,2], 关于原点对称. 所以 f(x)= 4-x2 x+3-3 = 4-x2 x. 所以 f(x)=-f(-x), 所以 f(x) 是奇函数.
15 (3) 易知函数的定义域为 (-,0) (0,+ ), 关于原点对称. 当 x<0 时,-x>0, 故 f(-x)=x 2 -x=f(x); 当 x>0 时,-x<0, 故 f(-x)=x 2 +x=f(x), 故原函数是偶函数.
16 反思归纳 判断函数奇偶性的两个方法 (1) 定义法 : 确定函数的奇偶性时, 必须先判定函数定义域是否关于原点对称. 若对称, 再验 证 f(-x)=±f(x) 或其等价形式 f(-x)±f(x)=0 是否成立. (2) 图象法 :
17 即时训练 判断下列函数的奇偶性 ; (1)f(x)= lg 1-x2 x-2-2 ; (2)f(x)=(x+1) 1-x 1+x ; x 2 +2,x>0, (3)f(x)= 0,x=0, -x 2-2,x<0.
18 1-x 2 >0, 解 :(1) 由 x-2-2 0, 得定义域为 (-1,0) (0,1), 关于原点对称. f(x)= lg 1-x2 - x-2-2 =-lg 1-x2 x. 因为 f(-x)=- lg[1- -x 2 ] =- lg 1-x2 =-f(x). -x -x 所以 f(x) 为奇函数.
19 1-x (2) 由 1+x 0, 1+x 0, 得 -1<x 1. 回顾教材 夯基固本 因为 f(x) 的定义域 (-1,1] 不关于原点对称. 所以 f(x) 既不是奇函数, 也不是偶函数. (3)f(x) 的定义域为 R, 关于原点对称, 当 x>0 时,f(-x)=-(-x) 2-2=-(x 2 +2)=-f(x); 当 x<0 时,f(-x)=(-x) 2 +2=-(-x 2-2)=-f(x); 当 x=0 时,f(0)=0, 也满足 f(-x)=-f(x). 故该函数为奇函数.
20 考点二函数周期性的应用 典例 2 (1)(2018 怀化模拟 ) 设 f(x) 是周期为 2 的奇函数, 当 0 x 1 时,f(x) =2x(1-x), 则 f 等于 ( ) A B C. 1 4 D. 1 2 (2)(2016 高考江苏卷 ) 设 f(x) 是定义在 R 上且周期为 2 的函数, 在区间 [-1,1) 上, x+a,-1 x<0, f(x)= 2 5 -x,0 x<1, 其中 a R. 若 f =f 9 2, 则 f(5a) 的值是.
21 f f 解析 :(1) 因为 f(x) 是周期为 2 的奇函数, 当 0 x 1 时,f(x)=2x(1-x), 所以 f =f =-f 1 2 = =-1 2. 故选 A. (2) 先利用函数的周期性把自变量转化到区间 [ -1,1) 上, 求出 f =f 9 2 解出 a 的值, 再求 f(5a) 的值. 和 f 9 2, 由 因为函数 f(x) 的周期为 2, 结合在 [-1,1) 上 f(x) 的解析式, 得 f =f = =-1 2 +a,f 9 2 =f =f 1 2 = = 1 10.
22 由 f =f 9 2, 得 a= 1 10, 解得 a= 3 5. 所以 f(5a)=f(3)=f(4-1)=f(-1)= =-2 5. 答案 :(1)A (2)- 2 5
23 反思归纳 1 判断函数周期性的两个方法 1 定义法 ;2 图象法. 2 根据函数的周期性, 可以由函数局部的性质得到函数的整体性质. 3 函数周期性的重要应用, 利用函数的周期性, 可将其他区间上的求值, 求零点 个数, 求解析式等问题, 转化为已知区间上的相应问题, 进而求解.
24 即时训练 回顾教材 夯基固本 (1) 已知 f(x) 是定义在实数集 R 上的奇函数, 对任意的实数 x,f(x-2)=f(x+2), 当 x (0,2) 时,f(x)=-x 2, 则 f 13 2 等于 ( ) A B C. 1 4 D. 9 4 (2) 已知 f(x) 是 R 上最小正周期为 2 的周期函数, 且当 0 x<2 时,f(x)=x 3 -x, 则函数 y=f(x) 的图象在区间 [0,6] 上与 x 轴的交点的个数为 ( ) A.6 B.7 C.8 D.9
25 解析 :(1) 由 f(x-2)=f(x+2), 可知函数 f(x) 的最小正周期 T=4, 又由于该函数是奇函数, 故 f 13 2 =f 5 2 =f =-f 3 2 = = 9 4. 故选 D.
26 (2) 因为 f(x) 是最小正周期为 2 的周期函数, 且 0 x<2 时, f(x)=x 3 -x=x(x-1)(x+1), 所以当 0 x<2 时,f(x)=0 有两个根, 即 x 1 =0,x 2 =1. 由周期函数的性质知, 当 2 x<4 时,f(x)=0 有两个根, 即 x 3 =2,x 4 =3; 当 4 x<6 时,f(x)=0 有两个根, 即 x 5 =4,x 6 =5;x 7 =6 也是 f(x)=0 的根. 故函数 f(x) 的图象在区间 [0,6] 上与 x 轴交点的个数为 7. 故选 B. 答案 :(1)D (2)B
27 考点三函数性质的综合应用 ( 高频考点 ) 命题点一单调性与奇偶性结合问题 典例 3 (2017 高考天津卷 )(1) 已知奇函数 f(x) 在 R 上是增函数,g(x)=xf(x). 若 a=g -log 2 5.1,b=g(2 0.8 ),c=g(3), 则 a,b,c 的大小关系为 ( ) A.a<b<c C.b<a<c B.c<b<a D.b<c<a (2) 已知函数 f(x) 是定义域为 R 的偶函数, 且在区间 [0,+ ) 上是增函数, 若 f(m) f(-2), 则实数 m 的取值范围是.
28 解析 :(1) 因为 f(x) 是奇函数且在 R 上是增函数, 所以在 x>0 时,f(x)>0, 从而 g(x)=xf(x) 是 R 上的偶函数, 且在 [0,+ ) 上是增函数, a=g(-log 2 5.1)=g(log 2 5.1), <2, 又 4<5.1<8, 则 2<log 2 5.1<3, 所以 0<2 0.8 <log 2 5.1<3, g(2 0.8 )<g(log 2 5.1)<g(3), 所以 b<a<c, 故选 C.
29 (2) 函数 f(x) 是 R 上的偶函数, 且在 [0,+ ) 上是增函数, 所以 f(x) 在 (-,0] 上是减函数. 当 m<0 时, 由 f(m) f(-2), 知 m -2; 当 m 0 时, 由 f(m) f(-2),f(-2)=f(2), 可得 f(m) f(2), 知 m 2. 故实数的取值范围为 (-,-2] [2,+ ). 答案 :(1)C (2)(-,-2] [2,+ )
30 反思归纳 函数单调性与奇偶性结合. 注意函数单调性及奇偶性的定义, 以及 奇 偶函数图象的对称性.
31 命题点二函数的奇偶性与周期性相结合问题 典例 4 ( 安徽高考 ) 若函数 f(x)(x R) 是周期为 4 的奇函数, 且在 [0,2] 上的解 x 1-x,0 x 1, 析式为 f(x)= sin πx,1<x 2, 则 f f 41 6 =.
32 解析 :f f 41 6 =f f =f f =-f 3 4 -f 7 6 = sin 7π 6 = 答案 : 5 16
33 反思归纳 周期性与奇偶性结合. 此类问题多考查求值问题, 常利用奇偶性及 周期性进行交换, 将所求函数值的自变量转化到已知解析式的函数定义域内求解.
34 命题点三函数的奇偶性与对称性相结合问题 典例 5 (2016 高考全国卷 Ⅱ) 已知函数 f(x)(x R) 满足 f(-x)=2-f(x), 若函 数 y= x+1 m x 与 y=f(x) 图象的交点为 (x 1,y 1 ),(x 2,y 2 ),,(x m,y m ), 则 (xi +y i )=( ) A.0 B.m i=1 C.2m D.4m
35 解析 : 先判断两个函数图象的对称性, 再根据对称性求和. -x+x 因为 f(-x)=2-f(x), 所以 f(-x)+f(x)=2. 因为 2 =0, f -x +f x 2 =1, 所以 函数 y=f(x) 的图象关于点 (0,1) 对称. 函数 y= x+1 x =1+1 x, 故其图象也关于点 (0,1) 对 称. 所以函数 y= x+1 x 与 y=f(x) 图象的交点 (x 1,y 1 ),(x 2,y 2 ),,(x m,y m ) 成对出现, m m 且每一对均关于点 (0,1) 对称, 所以 xi =0, yi =2 m 2 =m, m 所以 i=1 i=1 i=1 (xi +y i )=m. 故选 B. 答案 :B
36 反思归纳 1 若函数 f x 的图象关于直线 x=a 和直线 x=b a b 对称, 则函数 f x 必为周期函数,2 a-b 是它的一个周期 ; 2 若函数 f x 的图象关于点 a,0 和点 b,0 a b 对称, 则函数 f x 必为周期函数,2 a-b 是它的一个周期.
37 命题点四函数的奇偶性 周期性 单调性相结合问题 典例 6 已知定义在 R 上的奇函数 f(x) 满足 f(x-4)=-f(x), 且在区间 [0,2] 上是增函数, 则 ( ) A.f(-25)<f(11)<f(80) B.f(80)<f(11)<f(-25) C.f(11)<f(80)<f(-25) D.f(-25)<f(80)<f(11)
38 解析 : 因为 f(x) 满足 f(x-4)=-f(x), 所以 f(x-8)=f(x), 所以函数 f(x) 是以 8 为周期的周期函数, 则 f(-25)=f(-1),f(80)=f(0),f(11)=f(3). 由 f(x) 是定义在 R 上的奇函数, 且满足 f(x-4)=-f(x), 得 f(11)=f(3)=-f(-1) =f(1). 因为 f(x) 在区间 [0,2] 上是增函数,f(x) 在 R 上是奇函数, 所以 f(x) 在区间 [-2,2] 上是增函数, 所以 f(-1)<f(0)<f(1), 即 f(-25)<f(80)<f(11). 故选 D. 答案 :D
39 反思归纳 周期性 奇偶性与单调性结合. 解决此类问题通常先利用周期性转 化自变量所在的区间, 然后利用奇偶性和单调性求解.
40 即时训练 回顾教材 夯基固本 (1)(2018 福建三明模拟 ) 函数 y=f(x) 是 R 上的奇函数, 当 x<0 时,f(x)=2 x, 则当 x>0 时,f(x)=( ) A.-2 x C.-2 -x B.2 -x D.2 x (2)(2016 高考天津卷 ) 已知 f(x) 是定义在 R 上的偶函数, 且在区间 (-,0) 上单 调递增. 若实数 a 满足 f(2 a-1 )>f(- 2), 则 a 的取值范围是 ( ) A -, 1 2 C. 1 2,3 2 -, ,+ B. D. 3 2,+
41 (3) 已知 f(x) 是定义在 R 上以 3 为周期的偶函数, 若 f(1)<1,f(5)= 2a-3 a+1, 则实数 a 的取值范围是 ( ) A.(-1,4) C.(-1,2) B.(-2,1) D.(-1,0)
42 解析 :(1)x>0 时,-x<0, x<0 时,f(x)=2 x, 当 x>0 时,f(-x)=2 -x. f(x) 是 R 上的奇函数, 当 x>0 时,f(x)=-f(-x)=-2 -x. 故选 C. (2) 因为 f(x) 是定义在 R 上的偶函数, 且在区间 (-,0) 上单调递增, 所以 f(-x) =f(x), 且 f(x) 在 (0,+ ) 上单调递减. 由 f(2 a-1 )>f(- 2),f(- 2)=f( 2), 可得 2 a- 1 < 2, 即 a-1 < 1 2, 所以 1 2 <a<3 2. (3) 因为函数 f(x) 是定义在 R 上以 3 为周期的偶函数, 所以 f(5)=f(-1)=f(1), 即 2a-3 a+1 <1, 化简得 (a-4)(a+1)<0, 解得 -1<a<4, 故选 A. 答案 :(1)C (2)C (3)A
43 思想方法 函数的新定义问题新定义函数问题主要包括两类 :(1) 概念型的新定义函数问题, 主要以 新概念函数 为载体, 利用新定义运算法则 新定义对应法则 新定义某种性质等方式给出 新概念函数, 此类新定义侧重函数的定义域与值域以及最值等有关的考查.(2) 性质型新定义函数多以函数的单调性 奇偶性 对称性 最值等作为命题的背景.
44 典例 对于函数 f(x), 若存在区间 A=[m,n], 使得 {y y=f(x),x A}=A, 则称函数 f(x) 为 同域函数, 区间 A 为函数 f(x) 的一个 同域区间. 给出下列四个函数 : 1f(x)=cos π 2 x;2f(x)=x2-1; 3f(x)= x 2-1 ;4f(x)=log x (x-1). 存在 同域区间 的 同域函数 的是.( 请写出所有正确的序号 )
45 π 解析 :1 取区间 [0,1], 则 2 x 0, π 2, 所以 f(x)=cos π 2 x [0,1]. 所以该函数为存 在 同域区间 的 同域函数 ; 2 取区间 [-1,0], 则函数 f(x)=x 2-1 在该区间上单调递减, 故 f(0) f(x) f(-1), 即 f(x) [-1,0]. 所以该函数为存在 同域区间 的 同域函数 ;
46 3f(x)= x 2 x 2-1, x >1, -1 = 1-x 2, x 1, 取区间 [0,1], 则函数 f(x)=1-x 2 在该区间上单 调递减, 故 f(1) f(x) f(0), 即 f(x) [0,1]. 所以该函数为存在 同域区间 的 同域函数 ;4 函数 f(x)=log 2 (x-1) 的定义域为 (1,+ ), 且该函数在定义域上为单调递增函数. 假设存在区间 [m,n], 使得 f(x) [m,n], 则有 log 2 m-1 =m, log 2 n-1 =n, 2 m =m-1, 即 2 n 若该方程组有解, 则方程 2 x =x-1 有两个不同的实数解. 如图, =n-1. 分别作出函数 y=2 x 与 y=x-1 的图象, 显然两函数图象没有公共点, 即方程 2 x =x-1 无解. 所以不存在区间 [m,n], 使得 f(x) [m,n], 即该函数不是存在 同域区间 的 同域函数. 综上, 填 123.
47 答案 :123
48 反思归纳 该题以函数的定义域与值域的求解为背景, 存在 同域区间 的 同域函数 的实质就是函数的定义域与值域相同, 此类新定义函数问题以比较常见的基本初等函数为考查重点, 涉及函数零点 方程根的个数的求解等问题. 如 4 中的函数 f x =log 2 x-1, 要利用函数的单调性把定义域与值域相同转化为方程解的个数进行求解. 该题中方程 2 x =x-1 无解, 所以不是新定义的函数 ; 而如果该方程只有一个实数解, 则也不是新定义的函数 ; 当且仅当该方程有两个解时, 该函数才是新定义的函数.
49 即时训练 (2017 高考山东卷 ) 若函数 e x f(x)(e= 是自然对数的底数 ) 在 f(x) 的定义域上单调递增, 则称函数 f(x) 具有 M 性质. 下列函数中所有具有 M 性质的函数的序号为. 1f(x)=2 -x 3f(x)=x 3 2f(x)=3 -x 4f(x)=x 2 +2
50 解析 : 对于 1,e x f(x)=e x 2 -x, 故 [e x f(x)] =(e x 2 -x ) =e x 2 -x (1-ln 2)>0, 故函数 e x f(x)=e x 2 -x 在 (-,+ ) 上为增函数, 故 1 符合要求 ; 对于 2,e x f(x)=e x 3 -x, 故 [e x f(x)] =(e x 3 -x ) =e x 3 -x (1-ln 3)<0, 故函数 e x f(x) =e x 3 -x 在 (-,+ ) 上为减函数, 故 2 不符合要求 ; 对于 3,e x f(x)=e x x 3, 故 [e x f(x)] =(e x x 3 ) =e x ( x 3 +3x 2 ), 显然函数 e x f(x)=e x x 3 在 (-,+ ) 上不单调, 故 3 不符合要求 ; 对于 4,e x f(x)=e x ( x 2 +2), 故 [e x f(x)] =[e x ( x 2 +2)] =e x ( x 2 +2x+2)=e x [(x+1) 2 +1]>0, 故函数 e x f(x)=e x ( x 2 +2) 在 (-, + ) 上为增函数, 故 4 符合要求. 综上, 具有 M 性质的函数的序号为 14. 答案 :14
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