高中函数对称性总结.doc

1、 高中函数对称性总结 新课标高中数学教材上就函数的性质着重讲解了单调性、奇偶性、周期性，但在考试测验甚至高考中不乏对函数对称性、连续性、凹凸性的考查。尤其是对称性，因为教材上对它有零散的介绍，例如二次函数的对称轴，反比例函数的对称性，三角函数的对称性，因而考查的频率一直比较高。以笔者的经验看，这方面一直是教学的难点，尤其是抽象函数的对称性判断。所以这里我对高中阶段所涉及的函数对称性知识做一个粗略的总结。 一、对称性的概念及常见函数的对称性 1、对称性的概念 函数轴对称：如果一个函数的图像沿一条直线对折，直线两侧的图像能够完全重合，则称该函数具备对称性中的轴对称，该直线称为该函数的对称轴。 中心

2、对称：如果一个函数的图像沿一个点旋转 180 度，所得的图像能与原函数图像完全重合，则称该函数具备对称性中的中心对称，该点称为 该函数的对称中心。 2、常见函数的对称性（所有函数自变量可取有意义的所有值） 常数函数：既是轴对称又是中心对称，其中直线上的所有点均为它的对称中心，与该直线相垂直的直线均为它的对称轴。 一次函数：既是轴对称又是中心对称，其中直线上的所有点均为它的对称中心，与该直线相垂直的直线均为它的对称轴。 二次函数：是轴对称，不是中心对称，其对称轴方程为 x=-b/(2a)。 反比例函数：既是轴对称又是中心对称，其中原点为它的对称中心，y=x 与 y=-x 均为它的对称轴。 指数函

3、数：既不是轴对称，也不是中心对称。 对数函数：既不是轴对称，也不是中心对称。 幂函数：显然幂函数中的奇函数是中心对称，对称中心是原点；幂函数中的偶函数是轴对称，对称轴是 y轴；而其他的幂函数不具备对称性。 正弦函数：既是轴对称又是中心对称，其中（k，0）是它的对称中心，x=k+/2 是它的对称轴。 正弦型函数：正弦型函数 y=Asin(x+)既是轴对称又是中心对称，只需从 x+=k中解出 x，就是它的对称中心的横坐标，纵坐标当然为零；只需从 x+=k+/2中解出 x，就是它的对称轴；需要注意的是如果图像向上向下平移，对称轴不会改变，但对称中心的纵坐标会跟着变化。 余弦函数：既是轴对称又是中心对

4、称，其中 x=k是它的对称轴，（ k+/2，0）是它的对称中心。 正切函数：不是轴对称，但是是中心对称，其中（k/2，0）是它的对称中心，容易犯错误的是可能有的同学会误以为对称中心只是（k,0 ）。 对号函数：对号函数 y=x+a/x(其中 a0)因为是奇函数所以是中心对称，原点是它的对称中心。但容易犯错误的是同学们可能误以为最值处是它的对称轴，例如在处理函数 y=x+1/x 时误以为会有 f0.5)=f(1.5)，我在教学时总是问学生：你可看见过老师将“” 两边画得一样齐？学生们立刻明白并记忆深刻。 三次函数：显然三次函数中的奇函数是中心对称，对称中心是原点，而其他的三次函数是否具备对称性得

5、因题而异。 绝对值函数：这里主要说的是 y=f(x)和 y=f(x)两类。前者显然是偶函数，它会关于 y 轴对称; 后者是把 x 轴下方的图像对称到 x 轴的上方，是否仍然具备对称性，这也没有一定的结论，例如 y=lnx就没有对称性，而 y=sinx却仍然是轴对称。 二、函数的对称性猜测 1、具体函数特殊的对称性猜测 一个函数一般是不会关于 x 轴的 这是由函数定义决定的，因为一个 x 不会对应两个 y 的值。但我们在此略微引申，一个曲线是可能关于 x 轴对称的。 例 1 判断曲线 y2=4x 的对称性。 函数关于 y 轴对称 例 2 判断函数 y=cos(sin(x)的对称性。 函数关于原点

6、对称 例 3 判断函数 y=（x3）sinx 的对称性。 函数关于 y=x 对称 例 4 判断函数 y=1/x 的对称性。 函数关于 y=-x 对称 例 5 判断函数 y=-4/x 的对称性。 我总结为：设（x,y）为原曲线图像上任一点， 如果（x,-y）也在图像上，则该曲线关于 x 轴对称； 如果（-x,y）也在图像上，则该曲线关于 y 轴对称； 如果（-x,-y）也在图像上，则该曲线关于原点对称； 如果（y,x）也在图像上，则该曲线关于 y=x 对称； 如果（-y,-x）也在图像上，则该曲线关于 y=-x 轴对称。 2、抽象函数的对称性猜测 轴对称 例 6 如果函数 y=f(x)满足 f(

7、x+1)=f(4-x)，求该函数的所有对称轴。（任意取值代入例如 x=0 有 f(1)=f(4)，正中间 2.5，从而该函数关于 x=2.5 对称） 例 7 如果函数 y=f(x)满足 f(x)=f(-x)，求该函数的所有对称轴。（按上例一样的方法可以猜出对称轴为 x=0，可见偶函数是特殊的轴对称） 例 8 如果 f(x)为偶函数，并且 f(x+1)=f(x+3)，求该函数的所有对称轴。（因为 f(x+1)=f(-x-3)，按上例可以猜出对称轴 x=-1，又因为它以 2 为周期，所以 x=k 是它所有的对称轴，kZ） 中心对称 例 9 如果函数 y=f(x)满足 f(3+x)+f(4-x)=6

8、，求该函数的对称中心。（因为自变量加起来为 7 时函数值的和始终为 6，所以中点固定为（3.5，3），这就是它的对称中心） 例 10 如果函数 y=f(x)满足 f(-x)+f(x)=0，求该函数的所有对称中心。（按上例一样的方法可以猜出对称中心为（0，0），可见奇函数是特殊的中心对称） 例 11 如果 f(x)为奇函数，并且 f(x+1)+f(x+3)=0，求该函数的所有对称中心和对称轴。（由周期性定义知周期为 4，又 f(x+1)=-f(x+3)，从而 f(x+1)=f(-x-3)，按上例知 x=-1 为对称轴，所以 x=-1+2n 为对称轴，（2k，0）为对称中心，其中 kZ） 我总结为

9、： 当括号里面 x 前面的符号一正一负时告诉我们的就是对称性,其中的对称为多少我们可以用特殊值代入来猜测,这里并不主张记结论，因为很容易与后面的结论相混淆。 而当 x 前面的符号相同时告诉我们的是周期性。例如 f(x+1)=f(x-5)是告诉我们它以 6 为周期。 当 x 前面的符号相同，同时告诉我们奇偶性时我们也可以推出对称性，因为奇偶性有制造负号的能力。 3、两个抽象函数之间的对称性猜测 例 12 求 y=f(x+2)与 y=f(1-x)的对称轴方程。（当第一个函数的 x 取 0 时，值为 f(2),这时第二个函数的 x 必须取-1 才也对应那么多，他们的正中间为-1.5 ，因而猜测对称轴

10、为 x=-1.5） 我总结为： 当括号里面 x 前面的符号一正一负时告诉我们的就是对称性，其中的对称为多少我们仍然可以用特殊值代入来猜测,这里仍然不主张记结论，因为很容易与前面的结论相混淆。 而当 x 前面的符号相同时告诉我们的是图像平移。例如 y=f(x+2)与 y=f(x-1)，前者是由后者向左移三个单位得到。 三、对称性的证明 如果在解答大题时仅仅猜测出结论是不够的，我们要辅以完整的证明才行。 1、一个函数的对称性证明 例 13 证明如果函数 y=f(x)满足 f(a+x)=f(b-x)，则该函数关于直线 x=(a+b)/2 对称。 证明：在 y=f(x)上任取点（m，n），则 n=f(

11、m)，而点（m，n）关于 x=(a+b)/2 的对称点为（a+b-m，n）,又因为 f（a+b-m） =f（a+ （b-m）=f（b- （b-m ）=f （m ） =n,这正表明（a+b-m，n）也在原函数图像上，从而原函数关于直线 x=(a+b)/2 对称。 我总结为：核心是间接法，即在函数上任取一点，对称点如果仍在函数图像上，我们就可以下结论该函数关于它对称。 2、两个函数之间的对称性的证明 例 14 证明函数 y=f(a+x)与函数 y=f(b-x)关于直线 x=(b-a)/2 对称。（注意不是(a-b）/2,证明的方法类似于上例方法） 我总结为：仍是间接法，但是多一次，需在函数上任取一

12、点，对称点如果在对方函数图像上，同时在对方函数上任取一点，对称点又在该函数图像上，我们才可以下结论该函数关于它对称。取两次的原因是以免两个图像一个只是另一个对称过来图像的一部分。 3、特别地关于 y=x 对称性的证明 例 15 证明 y=（2x+1 ）/(3x-2)关于 y=x 对称。（只需求出它的反函数是自己即可） 我总结为： 一个函数自身关于 y=x 对称不需要用上面的间接法，只需要证明它的反函数是自己就可以了。 两个函数关于 y=x 对称性证明也不需要用上面那么繁琐的方法，只需证明两个函数互为反函数，即求一个的反函数为另外一个就可以了。 反过来这句话也成立，如果需要证明两个函数互为反函数

13、，只需要证明它们的图像关于 y=x 对称即可。 四、对称性的运用 1、求值 例 16 已知 f（x）=4x/(4x+1), 求 f(-4)+f(-3)+f(-2)+f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)+f(3)+f(4)的值。（我们只需要考虑当两个自变量加起来为 0 时函数值的和是否为定值，验证果然。而这里显然隐含的是函数的对称性） 我总结为：“配对” ，对称性主要是考查一对函数值之间的关系。 2、“对称性+对称性” 可以推导出周期性 例 17 如果函数 y=f(x)满足 f(x+3)=f(2-x)和 f(4+x)=f(5-x)，求该函数的最小正周期。（因为 f(x+3)=f(2-x)=f

14、(4+(-2-x)=f(5-(-2-x)=f(7+x)所以周期为 4） 我总结为：两个对称性拼起来就可以将里面的符号化为同号，从而得出周期性。 3、“奇偶性+对称性” 可以推导出周期性 这在前面已经提到，还是因为奇偶性有制造负号的能力。 4、三角函数的奇偶性 例 18 如果函数 y=3sin(2x+/4)（其中 0）是奇函数，求 的值。(2x+/4=k,而 x=0，所以+/4=k，在要求的范围上只有 =3/4)我总结为：几乎所有的三角函数的奇偶性都是当对称性来使用，先求出所有的对称轴，然后 y 轴是其中的一条（或者先求出所有的对称中心，然后原点是其中的一个）。 5、关于 y=x 对称的应用 例

15、 19 求函数 f(x)=e(x+1)与函数 g(x)=ln(x+1)的对称轴方程。（因为 f(x)=ex 与 g(x)=lnx 互为反函数，关于y=x 对称，而 f(x)=e(x+1)是由 f(x)=ex 向左移一个单位得到， g(x)=ln(x+1)也是由 g(x)=lnx 向左移一个单位得到，因而对称轴也跟着左移一个单位，即 y=x+1） 6、对称性的本义 例 20 如果 y=asinx+bcosx 关于 x=/4对称，求直线 ax+by+3=0 的直线的斜率。（既然关于 x=/4对称，则f(0)=f(/2)代入求出 a 和 b 的关系即可） 我总结为：对称性的本义就是关于对称中心（或对

16、称轴）对称的两个自变量的函数值的紧密关系。 这就是我关于函数对称性的简单总结，难免挂一漏万，还请大家批评指正。最后笔者建议新课标教材能类似于函数周期性，给对称性独立的一节，介绍它的概念和运用，同步练习上也给安排一节对它的独立的练习，这样教师在教学上就可以用适当引申的方法，而不是象现在这样，老师忙于查资料，学生忙于记笔记，耗时费力地试图尽可能系统而完整地补充。 结论 1：若对于函数 y=f(x)， ,有 f(a+x)+f(a-x)2b，则函数 yf(x)的图象关于点（a,b）中心对称。即若函数图象关于点(a,b)对称,则满足:f(a-x)+f(a+x)=2b 或 f(x)+f(2a-x)=2b下面是结论 2 应用的例子，例 5 函数 y=f(x)的图象与函数 y=g(x)的图象关于点(-1,-2）对称，已知f（3）4,求 g(-5)的值。解：由结论 2 可知，g(x)一 4-f(-2-x),g(-5)=-4-f-2-(-5)即 g(-5)=-4-f(3)=-4-4, g（-5）=-8