浅谈高中函数中的周期问题
2015-10-21渠伟
渠伟
高中的周期问题是一个小而常用的知识点。说它小:课本只在三角函数性质中给出了定义,篇幅较少,介绍较为简单;说它常用:在考试中其作为函数的重要性质,经常性出现在选择题,甚至解答题中,可见其重要性。现笔者就高中函数的周期性问题进行总结、归纳。
一、定义
对于函数y=f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的每一个值时,f(x)=f(x+t)都成立,則称y=f(x)为周期函数。对此定义的理解,应注意以下几点:
1.高中教材中关于函数周期的内容只有定义,这就要求解答题中关于函数周期的证明只能回到定义中。即必须证明f(x)=f(x+t)成立。
例如,2001年高考数学(文科)第22题,设f(x)是定义在R上的偶函数,其图像关于x=1对称,证明:y=f(x)是周期函数。
证明:依题设y=f(x)关于直线x=1对称,故f(x)=f(2-x).
又由y=f(x)为偶函数,故f(x)=f(-x)。
所以,f(-x)=f(2-x)。将上式中-x代换为x,
则得f(x)=f(x+2).所以y=f(x)是以2为周期的周期函数。
2.周期函数的定义要求对于定义域内的每一个x,都有f(x)=f(x+t)成立,而不是某几个特殊值,因此函数定义域必须至少有一侧趋于无穷大。即有一侧无界。
3.周期函数的周期肯定有无数个,若T为周期,则2T,3T,…nT也均为其周期,所以课本中出现了最小正周期的概念。对于一个函数f(x),如果它所有的周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数叫f(x)的最小正周期。
4.周期函数可以无最小正周期。如常函数y=a。
二、周期的判断公式
解题过程中,要记住周期判断的几个变式:
1.f(x+T)=f(x) ?圳y=f(x)的周期为T
2.f(x+a)=f(b+x)(a
3.f(x+a)=-f(x) ?圳y=f(x)的周期为T=2a
4.f(x+a)=(c为常数) ?圳y=f(x)的周期为T=2a
5.f(x+a)=- ?圳y=f(x)的周期为T=4a
6.f(x+a)=- ?圳y=f(x)的周期为T=4a
7.f(x+2a)=f(x+a)-f(x) ?圳y=f(x)的周期为T=6a
这些都是周期的判断公式,其基础都是源于周期函数的定义。有了这些周期判断公式后,解决函数周期问题将变得简单、方便,下面试举几例。
例1.函数f(x)对任意实数x满足f(x+3)=,若f(-1)=3,f(5)= .
解析:抽象函数周期推导总是以原恒成立等式推导而出。
解:由题意有f(x+3+3)===f(x)=f(x+6),故函数是周期函数,其中一个周期为6,故f(-1)=f(-1+6)=f(5)=3.
三、函数中对称性、奇偶性与周期性关系
(1)函数y=f(x)满足f(a+x)=(a-x)(a>0)恒成立,若f(x)为奇函数,则其周期为T=4a。
(2)函数y=f(x)满足f(a+x)=(a-x)(a>0)恒成立,若f(x)为偶函数,则其周期为T=2a。
以上两个性质的证明可以参考开篇提到的2001年高考数学(文科)第22题的证明方法,在此就不重复证明。下面试举其他几例,说明它们三者的关系。
1.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+2)是奇函数
证明:若f(x+1)是奇函数,则f(-x+1)=-f(x+1)
因为f(x-1)是奇函数,则f(-x-1)=-f(x-1)?圳f[-(x+2)-1]=-f[(x+2)-1]=-f(x+1)
则:f(-x+1)=f[-(x+2)-1]=f(-x-3)?圳f(-x+1)=f(-x-3)?圳f(x+1)=f(x-3)
则f(x)是以4为周期的函数,即:f(x)=f(x+4)
又:f(-x+1)=-f(x+1)?圳f[-(x+4)+1]=-f[(x+4)+1]?圳f(-x-3)=-f(x+5),f(x+5)=f(x-3)
所以:f(-x-3)=-f(x-3),即:f(x+3)是奇函数。
以上是笔者对高中函数周期性的一些理解,周期作为函数的重要性质,在将来的考试中必然作为比较重点的知识进行考查,希望能给读者带来一些帮助。
?誗编辑 杨兆东