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函数奇偶性问题的解法及题型归类

2021-09-15曾光

广东教育·高中 2021年8期
关键词:奇函数偶函数奇偶性

曾光

函数的奇偶性是高中数学的重要内容,也是高考热点问题之一. 考查方式可以是小题,也可以综合其它内容在大题里出现. 奇偶性是考查学生综合素养的重要载体,体现了逻辑推理、数学运算等核心素养. 本文将从新高考的角度对奇偶性题型进行解法分析及归类总结.

一、试题呈现与分析

【2021新高考全国?玉卷13】已知函数 f(x)=x3(a·2x-2-x)是偶函数,则a=        .

【分析】本题主要考查偶函数的定义:f(-x)=-f(x). 或者利用函数奇偶性的运算规律也可以解决:奇函数×奇函数=偶函数.

【详解】方法一(定义):因为f(x)=x3(a·2x-2-x),f(-x)=-x3(a·2-x-2x),故x3(a·2x-2-x)=-x3(a·2-x-2x),整理得(a-1)(2x+2-x)=0,解得a=1.

方法二(运算规律):易知y=x3为奇函数,由于f(x)=x3(a·2x-2-x)是偶函数,因此y=a·2x-2-x也为奇函数,不妨设g(x)=a·2x-2-x,则g(-x)=a·2-x-2x,故有g(-x)=-g(x),-(a·2-x-2x)=a·2x-2-x,整理得(a-1)(2x+2-x)=0,解得a=1.

【小结】1. 奇函数性质:f(-x)=-f(x),偶函数性质:f(-x)=f(x),以上性質是解决奇偶性问题的根本,要重视.

2. 奇偶性运算规律:奇函数+奇函数=奇函数,偶函数+偶函数=偶函数,奇函数×奇函数=偶函数,偶函数×偶函数=偶函数.

二、高考奇偶性题型归类

类型一:考查奇偶性定义

例题1. 函数f(x)=(x+a)(x-4)为偶函数,则实数a=

【解析】本题可以用偶函数的定义去解决. 同时本题涉及的函数为二次函数,同学们对它的图象较为熟悉,因此也可以用图像法.

方法一(定义):因为函数f(x)=(x+a)(x-4)为偶函数,所以满足f(-x)=f(x),由f(x)=(x+a)(x-4)=x2+(a-4)x-4a,f(-x)=x2-(a-4)x-4a,得x2-(a-4)x-4a=x2+(a-4)x-4a,即a-4=0,得到a=4.

方法二(图像法):f(x)=(x+a)(x-4)=x2+(a-4)x-4a,由二次函数知识可知图像为抛物线,对称轴为x=- ,要使二次函数为偶函数,则对称轴应为y轴,即x=- =0,这时得a-4=0,得到a=4.

【小结】若题目涉及的函数较为熟悉,如一次函数、二次函数、指数函数等,可以考虑用图像法,运算量较少. 而对于一般的函数,则运用奇偶性的定义,因此定义法的应用范围较广.

类型二:奇偶性与不等式

例题2.(2020新高考全国?玉卷8). 若定义在R的奇函数f(x)在(-∞,0)单调递减,且f(2)=0,则满足xf(x-1)≥0的x的取值范围是(    )

A.[-1,1]∪[3,+∞)       B.[-3,-1]∪[0,1]

C.[-1,0]∪[1,+∞)      D.[-1,0]∪[1,3]

【分析】因为f(x)在(-∞,0)在单调递减,由奇函数图像的对称性可知f(x)在(0,+∞)也单调递减. 又因为f(2)=0,由奇函数图像的对称性可知f(-2)=0. 然后对x进行分类讨论便可得到xf(x-1)≥0的解集.

【详解】因为定义在R上的奇函数f(x)在(-∞,0)上单调递减,且f(2)=0,所以f(x)在(0,+∞)上也是单调递减,且f(-2)=0. 如图所示,结合图像易得:当x∈(-∞,-2)∪(0,2)时,f(x)>0,当x∈(-2,0)∪(2,+∞)时,f(x)<0,且f(0)=0.

所以由xf(x-1)≥0可得:x<0,-2≤x-1≤0或x>0,0≤x-1≤2或x=0,

解得-1≤x≤0或1≤x≤3,

所以满足xf(x-1)≥0的x的取值范围是[-1,0]∪[1,3].

【小结】1. 奇偶性问题与不等式结合起来,则常常采用数形结合的方法去解决,形如xf(x)≥0,把坐标系分成四个象限去考虑,即坐标(x,f(x))的横坐标和纵坐标的正负. 同时要熟悉奇偶函数图像的对称性特点,奇函数图像关于原点对称,偶函数图像关于y轴对称.

2. 如果奇函数的定义域包含0的话,必有f(0)=0.

类型三:奇偶性与周期性

例题3(2021全国高考甲卷理12). 设f(x)函数的定义域为R,f(x+1)为奇函数,f(x+2)为偶函数,当x∈[1,2]时,f(x)=ax2+b. 若f(0)+f(3)=6,则f( )=(    )

A. -   B. -   C.    D.

【分析】通过f(x+1)是奇函数和f(x+2)是偶函数这两个条件,可以确定出函数解析式f(x)=2x2+2,进而利用条件推出周期性结论,即可得到答案.

【详解】因为f(x+1)为奇函数,设g(x)=f(x+1),则g(x)为奇函数,由奇函数定义得g(-x)=-g(x),即f(-x+1)=-f(x+1)…… ①

同理,f(x+2)为偶函数,则有f(x+2)=f(-x+2)……②

令x=1,由①得:f(0)=-f(2)=-(4a+b),由②得:f(3)=-f(1)=a+b,

因为g(x)为奇函数,故g(0)=0,得a+b=0,

又由f(0)+f(3)=6得,-(4a+b)+0=6,由以上兩式解得a=-2,b=2.

通过两个对称性可推得,函数f(x)的周期T=4. 具体过程如下:

因为f(-x+1)=-f(x+1),令x=x-1, 代入得f(-(-x+1)+1)=-f(x-1+1),整理得f(-x+2)=-f(x).

又因为f(x+2)=f(-x+2),故得f(x+2)=-f(x)……③

令x=x+2,代入③f(x+4)=-f(x+2)得……④

由③④得f(x+4)=f(x),故f(x)的周期T=4.

f( )=f( +4)=f( )=f(- +1)=f( +1)=-f( )=-(-2×( )2+2)= .

【小结】1. 本题为奇偶性与周期性综合问题,难度较大,需要先掌握周期的推理能力.

2. 本题的逻辑推理过程较多,需要有清晰的思路. 要求熟练掌握待定系数法.

变式1(2021全国高考甲卷文12). 设f(x)是定义域为R的奇函数,且f(1+x)=f(-x). 若f(- )= ,则f( )=(    )

A. -  B. -  C.   D.

【分析】本题与上题考查的内容基本一致,都是奇偶性与周期性结合的问题,但本题没有涉及待定系数,难度较小. 通过f(x)是奇函数和性质f(1+x)=f(-x)可以推出周期性,进而得到答案.

【详解】因为f(x)为奇函数,则有f(-x)=-f(x),又已知f(1+x)=f(-x),因此得f(1+x)=f(x)……①,

令x=x+1,代入①得:f(1+x+1)=-f(x+1),化简得:f(2+x)=-f(x+1)……②,

由①②得f(2+x)=-f(x+1)=f(x),即f(2+x)=f(x),所以有周期T=2. 故有f( )=f(- +2)=f(- )= ,因此选C.

【小结】对于奇偶性与周期性综合问题,需要先掌握周期的推理过程.

类型四:奇偶性与函数图像

例题4(2021全国高考乙卷理4). 设函数f(x)= ,则下列函数中为奇函数的是(    )

A. f(x-1)-1 B. f(x-1)+1 C. f(x+1)-1 D. f(x+1)+1

【分析】通过四个选项求出对应的表达式,再通过奇函数的定义验证可得出答案. 另外还可以对f(x)= 进行变形,然后平移也可得到答案.

【详解】方法一:对于A,f(x-1)-1= -2不是奇函数;对于B,f(x-1)+1= 是奇函数;对于C,f(x+1)-1= -2,定义域不关于原点对称,不是奇函数;对于D,f(x+1)+1= ,定义域不关于原点对称,不是奇函数.

方法二:由题意可得f(x)= ,变形得:f(x)= = = - = -1.

即f(x)= -1,接下来对f(x)的图像(图2)进行平移,先把图像往上平移一个单位得到f(x)+1= -1+1= ,如图3. 再把图像往右移一个单位得到f(x-1)+1= = ,如图4,易知y= 为奇函数. 因此选B.

【小结】1. 对于奇偶性的定义要熟练掌握:1. 定义域关于原点对称. 2. 奇函数有f(-x)=-f(x),偶函数有f(-x)=f(x).

2. 本题可以逆回来画图像:y= → → -1.

类型五:局部奇偶性函数问题

例题5. 已知函数f(x)(x∈R)是奇函数,g(x)=3f(x)+2. ,若g(-9)=-2. 则 g(9)=        .

【分析】f(x)是奇函数,但g(x)既不是奇函数也不是偶函数,看似与奇函数问题无关. 然而g(x)的表达式的主要部分为3f(x),明显是一个奇函数,即g(x)整体不具有奇偶性,局部有奇偶性,这类问题称为局部奇偶性问题. 对于局部奇函数的问题,可以利用f(-x)= -f(x)解决问题.

【详解】因为f(x)是奇函数,故有f(-x)=-f(x),g(-9)=3f(-9)+2=-2.

得f(-9)=- ,即-f(9)=- ,所以有f(9)= .

因此有g(9)=3f(9)+2=3× +2=6.

【答案】6.

【小结】解决局部奇偶性问题,关键在于认清函数表达式的结构,才能对症下药:如3f(x)+2,3f(x)为奇函数,2为偶函数(常数函数为偶函数),奇偶数+偶函数可以用本题的方法解决.

对于奇偶性常见问题归结为以上五种类型,对于解决这五种类型的规律总结如下:

1. 如果奇函数的定义域包含0的话,必有f(0)=0.

2. 奇偶性运算规律:奇函数+奇函数=奇函数,偶函数+偶函数=偶函数,奇函数×奇函数=偶函数,偶函数×偶函数=偶函数.

3. 奇偶性问题与不等式结合起来,则常常采用数形结合的方法去解决,因此要熟悉奇偶函数图像的对称性特点,奇函数图像关于原点对称,偶函数图像关于y轴对称.

4. 对于奇偶性与周期性综合问题,需要先掌握周期的推理过程,得到f(x+T)=f(x),周期则为T.

5. 对于函数奇偶性的问题,若是常见函数的话,一般情况下用图象法会比较直观快速地解决.

6. 对于局部奇偶性的问题,往往是用不了图像法的,需要用定义:f(-x)=-f(x).

同学们可以通过分类练习,梳理解题思路,进一步加深对函数奇偶性问题的理解,从而提升新高考试题的解题能力!

责任编辑 徐国坚

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