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例谈高中数学中的抽象函数问题

2018-03-27山西省吕梁市贺昌中学高永亮

中学数学杂志 2018年5期
关键词:中心对称奇偶性关系式

☉山西省吕梁市贺昌中学 高永亮

高中数学中,函数部分在高考中是重点也是难点,其中抽象函数问题,学生在学习过程中普遍觉得理解困难,不易掌握,笔者对抽象函数部分的内容进行整理与分析,供广大师生在教与学中参考与借鉴.

所谓抽象函数是指没有明确给出函数表达式,只给出它具有某些特征或性质,并用符号关系式表示的函数.

一、抽象函数与定义域

题型一:已知函数y=f(x)的定义域,求函数y=f(g(x))的定义域

例1已知函数y=f(x)的定义域为[-2,2],求函数y=f(x-1)+f(x+1)的定义域.

解析:由函数y=f(x)的定义域为[-2,2],因此有-2≤x-1≤2且-2≤x+1≤2,得-1≤x≤1,因此y=f(x-1)+f(x+1)的定义域为[-1,1].

说明:已知函数y=f(x)的定义域,对于函数y=f(g(x)),g(x)整体作为y=f(x)中自变量,它的函数值属于y=f(x)的定义域,由此推导出g(x)中x的取值范围,就是y=f(g(x))的定义域.

题型二:已知函数y=f(g(x))的定义域,求函数y=f(x)的定义域

例2已知函数y=f(2x-4)的定义域为[-1,2],求函数y=f(x)的定义域.

解析:由函数y=f(2x-4)的定义域为[-1,2],知-1≤x≤2,得-6≤2x-4≤0.因此函数y=f(x)的定义域为[-6,0].

说明:函数y=f(g(x))的定义域,就是通过g(x)中自变量x的取值范围,进一步推导出g(x)的值域,就是y=f(x)的定义域.

二、抽象函数与求值及抽象函数与单调性

例3设函数y=f(x)是定义在R上的函数,对于m,n∈R,恒有f(m+n)=f(m)·f(n)(f(m)≠0,f(n)≠0),且x>0时,0

(1)(f0)=1;

(2)x∈R时,恒有(fx)>0成立;

(3)函数y=(fx)在R上为减函数.

证明:(1)令m=0,由f(m+n)=f(m)·f(n),得f(n)=(f0)·(fn).又(fn)≠0,得(f0)=1.

(2)由(fm+n)=(fm)·(fn),得(fx)·(f-x)=(f-x+x)=(f0)=1.

当x>0时,由题意得0<(fx)<1;当x=0时,由(1)得(f0)=1;当x<0时,(f-x)∈(0,1)

综上所得,x∈R时,恒有(fx)>0成立.

(3)设x1,x2∈R且x10,则(fx)2=[f(x2-x)1+x1]=(fx-x)·(fx),即(fx2)=(fx-x)<1.

又(fx1)>0,得(fx2)<(fx1),因此函数y=(fx)在R上为减函数.

说明:这类问题的难点是第(3)问,关键是构造x2=(x2-x1)+x1,从而巧妙地得到即(fx2)<(fx1),进而判定出函数y=(fx)在R上为减函数.

三、抽象函数与奇偶性

例4已知函数y=f(x)是定义在R上的不恒等于零的函数,对于x,y∈R,恒有f(x·y)=yf(x)+xf(y),判定函数y=f(x)的奇偶性.

解析:令x=y=1,由f(x·y)=yf(x)+xf(y),则f(1)=f(1)+f(1),所以f(1)=0.

再令x=y=-1,由f(x·y)=yf(x)+xf(y),则f(1)=-f(-1)-f(-1),即f(-1)=0.令y=-1,由f(x·y)=yf(x)+xf(y),则f(-x)=-f(x)+xf(-1)=-f(x),因此函数y=f(x)为奇函数.

说明:对于给定抽象函数关系式,要判定其奇偶性,思路同样比较清晰,在给定关系式中,只要对变量能灵活赋值并且构造出关于f(-x)与f(x)的关系式,一般就可以判定函数y=f(x)的奇偶性.

四、抽象函数与对称性

例5(1)若函数y=f(x)满足f(3+x)=f(3-x),则函数y=f(x)的图像关于直线________对称.

(2)若函数y=f(x)满足f(x+3)=-f(5-x),则函数y=f(x)的图像关于点________中心对称.

解析:(1)令y=f(3+x)=f(3-x),知函数y=f(x)的图像上任一点(3+x,y),总有一点(3-x,y)与它对应,而点(3+x,y)与点(3-x,y)关于直线x=3对称,因此函数y=f(x)的图像关于直线x=3对称.

(2)令y=f(x+3)=-f(5-x),知函数y=f(x)的图像上任一点(3+x,y),总有一点(5-x,-y)与它对应,而点(3+x,y)与点(5-x,-y)关于点(4,0)中心对称,因此函数y=f(x)的图像关于点(4,0)中心对称.

说明:一般地,(1)若函数y=f(x)对于定义域内的任一自变量x都有f(a+x)=f(b-x),则函数y=f(x)的图像关于直线对称;(2)若函数y=f(x)对于定义域内的任一自变量x都有f(x+a)=-f(b-x),则函数y=f(x)的图像关于

五、抽象函数与周期性

例6已知函数y=f(x)在定义域内的最小正周期为T.

(1)若f(x+1)=-f(x),求函数y=f(x)的周期T;

(3)若f(x+2)=f(x+1),求函数y=f(x)的周期T.

解 析 :(1)由f(x+1)=-f(x),得f(x+2)=f[(x+1)+1]=-f(x+1)=f(x).

因此函数y=f(x)为周期函数,且函数的周期T=2.

因此函数y=f(x)为周期函数,且函数的周期T=2.

(3)由f(x+2)=f(x+1),得f(x+1)=f[(x-1)+2]=f(x).

因此函数y=f(x)为周期函数,且函数的周期T=1.

说明:一般地,(1)函数y=f(x)在定义域内恒有f(x+a)=-f(x),则函数y=f(x)为周期函数,且函数的周期T=2|a|;(2)函数y=f(x)在定义域内恒有,则函数y=f(x)为周期函数,且函数周期T=2|a|;(3)函数y=f(x)在定义域内恒有f(x+a)=f(x+b),则函数y=f(x)为周期函数,且周期T=|a-b|.

六、通过函数的奇偶性、单调性、对称性、周期性等性质综合解答抽象函数中的不等式及其他综合应用问题

说明:综合利用函数的奇偶性、单调性、对称性、周期性解决抽象函数的问题是函数中的难点,也是高考的热点,这方面要求学生一定要灵活运用各种性质,并熟练掌握这些性质的使用方法.

通过上面对抽象函数几个方面应用问题的研究,我们应该认识到理解抽象函数问题重在掌握相关概念并能灵活应用,合理使问题由抽象思维转化到具体的处理模式.上面内容是笔者的浅见,希能给广大师生在这方面的学习过程中有所帮助,不到之处大家批评指正.F

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