吳國平:掌握好函數的周期性,助力高考數學

2020-12-17 吳國平數學教育

函數,大家都很熟悉,可以說是中學數學學習階段最主要、最核心的內容之一。一個人如果要想學好數學,在中考高數學中取得高分,那麼他就必須學好函數,掌握好函數所有知識內容。因此,可以毫不誇張地說,函數是整個中學數學的基礎。

函數的知識內容之所以會成為中高考數學的重點與熱點,那是因為跟函數相關的題型,可以千變萬化、多種多樣,能很好考查大家運用知識解決問題的能力,考查大家數學邏輯能力,考查大家在數學解題過程中表現出來的思維能力等等。

因此,今天我們就一起來講一講函數當中非常重要的一個性質,就是函數的周期性。函數的周期性是作為函數的一個基本性質,不僅常常出現在數學函數問題當中,而且我們如果利用函數的周期性去解決問題,往往能使一個複雜問題得到更加簡便的解決。

什麼是函數的周期性?

周期性這個詞組從語文的角度來說,就是有規律地重複出現。

因此,對於任意實數(自變量有意義),當我們的自變量增大或減小時,函數值有規律的重複出現,我們就稱之為周期性。

用具體數學語言去講就是:若T為非零常數,對於定義域內的任一x,使f(x)=f(x+T) 恆成立,則f(x)叫做周期函數,T叫做這個函數的一個周期。

假如函數f(x)=f(x+T)(或f(x+a)=f(x-b)(其中a+b=T),則說T是函數的一個周期,T的整數倍也是函數的一個周期。

典型例題1:

關於y=f(x),給出下列五個命題:

①若f(-1+x)=f(1+x),則y=f(x)是周期函數;

②若f(1-x)=-f(1+x),則y=f(x)為奇函數;

③若函數y=f(x-1)的圖象關於x=1對稱,則y=f(x)為偶函數;

④函數y=f(1+x)與函數y=f(1-x)的圖象關於直線x=1對稱;

⑤若f(1-x)=f(1+x),則y=f(x)的圖象關於點(1,0)對稱.

填寫所有正確命題的序號________.

解析:由f(-1+x)=f(1+x)可知,函數周期為2,①正確;

由f(1-x)=-f(1+x)可知,y=f(x)的對稱中心為(1,0),②錯;

y=f(x-1)向左平移1個單位得y=f(x),故y=f(x)關於y軸對稱,③正確;

兩個函數對稱時,令1+x=1-x得x=0,故應關於y軸對稱,④錯;

由f(1-x)=f(1+x)得y=f(x)關於x=1對稱,⑤錯。

故正確的應是①③.

答案:①③

大家要記住一個概念,就是最小正周期。

對於一個函數f(x),如果它所有的周期中存在一個最小的正數,那麼這個最小正數叫f(x)的最小正周期。

簡單地說:在函數圖象上,最小正周期是函數圖象重複出現需要的最短距離。

如對於正弦函數y=sinx, 自變量x只要並且至少增加到x+2π時,函數值才能重複取得。所以正弦函數和餘弦函數的最小正周期是2π。

值得注意:如果以後無特殊說明,周期指的就是最小正周期。

周期函數性質:

1、若T(≠0)是f(X)的周期,則-T也是f(X)的周期。

2、若T(≠0)是f(X)的周期,則nT(n為任意非零整數)也是f(X)的周期。

3、若T1與T2都是f(X)的周期,則T1±T2也是f(X)的周期。

4、若f(X)有最小正周期T*,那麼f(X)的任何正周期T一定是T*的正整數倍。

5、T*是f(X)的最小正周期,且T1、T2分別是f(X)的兩個周期,則 (Q是有理數集)

6、若T1、T2是f(X)的兩個周期,且 是無理數,則f(X)不存在最小正周期。

7、周期函數f(X)的定義域M必定是雙方無界的集合。

重要推論:

1、若有f(x)的2個對稱軸x=a,x=b.則T=2|a-b|

2、若有f(X)的2個對稱中心(a,0)(b,0)則T=2|a-b|

3、若有f(x)的1個對稱軸x=a,和1個對稱中心(b,0),則T=4|a-b|

同時,在很多數學問題當中,周期性問題往往會和函數的奇偶性聯繫在一起。周期性與奇偶性相結合的綜合問題中,周期性起到轉換自變量值的作用,奇偶性起到調節符號作用。因此,大家如果想要更能更好的去解決周期性類問題,也要深入掌握好函數奇偶性的性質,如奇、偶函數的有關性質:

1、定義域關於原點對稱,這是函數具有奇偶性的必要不充分條件;

2、奇函數的圖象關於原點對稱,偶函數的圖象關於y軸對稱;反之亦然;

3、若奇函數f(x)在x=0處有定義,則f(0)=0;

4、利用奇函數的圖象關於原點對稱可知,奇函數在原點兩側的對稱區間上的單調性相同;利用偶函數的圖象關於y軸對稱可知,偶函數在原點兩側的對稱區間上的單調性相反.

典型例題2:

大家一定要記住,利用函數的周期性是求解周期函數問題是基本的方法。此類問題的解決應注意到周期函數定義、緊扣函數圖象特徵,尋找函數的周期,從而解決問題。

在研究函數周期性過程中,我們發現函數的周期性還充分體現了數學美。函數學習,不要想的太枯燥,要學會從抽象的背後發掘數學美,發掘內在的數學思想,最終提升自身的數學素養。

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