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- 2021-06-16 发布
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第3节 函数的奇偶性与周期性
最新考纲 1.结合具体函数,了解函数奇偶性的含义;2.会运用函数的图象理解和研究函数的奇偶性;3.了解函数周期性、最小正周期的含义,会判断、应用简单函数的周期性.
知 识 梳 理
1.函数的奇偶性
奇偶性
定义
图象特点
偶函数
如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=f(x),那么函数f(x)是偶函数
关于y轴对称
奇函数
如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=-f(x),那么函数f(x)是奇函数
关于原点对称
2.函数的周期性
(1)周期函数:对于函数y=f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的任何值时,都有f(x+T)=f(x),那么就称函数y=f(x)为周期函数,称T为这个函数的周期.
(2)最小正周期:如果在周期函数f(x)的所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数就叫做f(x)的最小正周期.
[微点提醒]
1.(1)如果一个奇函数f(x)在原点处有定义,即f(0)有意义,那么一定有f(0)=0.
(2)如果函数f(x)是偶函数,那么f(x)=f(|x|).
2.奇函数在两个对称的区间上具有相同的单调性;偶函数在两个对称的区间上具有相反的单调性.
3.函数周期性常用结论
对f(x)定义域内任一自变量的值x:
(1)若f(x+a)=-f(x),则T=2a(a>0).
(2)若f(x+a)=,则T=2a(a>0).
(3)若f(x+a)=-,则T=2a(a>0).
4.对称性的三个常用结论
(1)若函数y=f(x+a)是偶函数,则函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称.
(2)若对于R上的任意x都有f(2a-x)=f(x)或f(-x)=f(2a+x),则y=f(x)的图象关于直线x=a对称.
(3)若函数y=f(x+b)是奇函数,则函数y=f(x)的图象关于点(b,0)中心对称.
基 础 自 测
1.判断下列结论正误(在括号内打“√”或“×”)
(1)函数y=x2在x∈(0,+∞)时是偶函数.( )
(2)若函数f(x)为奇函数,则一定有f(0)=0.( )
(3)若T是函数的一个周期,则nT(n∈Z,n≠0)也是函数的周期.( )
(4)若函数y=f(x+b)是奇函数,则函数y=f(x)的图象关于点(b,0)中心对称.( )
解析 (1)由于偶函数的定义域关于原点对称,故y=x2在(0,+∞)上不具有奇偶性,(1)错.
(2)由奇函数定义可知,若f(x)为奇函数,其在x=0处有意义时才满足f(0)=0,(2)错.
(3)由周期函数的定义,(3)正确.
(4)由于y=f(x+b)的图象关于(0,0)对称,根据图象平移变换,知y=f(x)的图象关于(b,0)对称,正确.
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
2.(必修1P35例5改编)下列函数中为偶函数的是( )
A.y=x2sin x B.y=x2cos x
C.y=|ln x| D.y=2-x
解析 根据偶函数的定义知偶函数满足f(-x)=f(x)且定义域关于原点对称,A选项为奇函数;B选项为偶函数;C选项定义域为(0,+∞),不具有奇偶性;D选项既不是奇函数,也不是偶函数.
答案 B
3.(必修4P46A10改编)设f(x)是定义在R上的周期为2的函数,当x∈[-1,1)时,f(x)=则f=________.
解析 由题意得,f=f=-4×+2=1.
答案 1
4.(2019·衡水模拟)下列函数既是偶函数又在区间(0,+∞)上单调递增的是( )
A.y=x3 B.y=x
C.y=|x| D.y=|tan x|
解析 对于A,y=x3为奇函数,不符合题意;
对于B,y=x是非奇非偶函数,不符合题意;
对于D,y=|tan x|是偶函数,但在区间(0,+∞)上不单调递增.
答案 C
5.(2017·全国Ⅱ卷)已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x∈(-∞,0)时,f(x)=2x3+x2,则f(2)=________.
解析 ∵x∈(-∞,0)时,f(x)=2x3+x2,且f(x)在R上为奇函数,
∴f(2)=-f(-2)=-[2×(-2)3+(-2)2]=12.
答案 12
6.(2019·上海崇明二模)设f(x)是定义在R上以2为周期的偶函数,当x∈[0,1]时,f(x)=log2(x+1),则当x∈[1,2]时,f(x)=________.
解析 当x∈[1,2]时,x-2∈[-1,0],2-x∈[0,1],
又f(x)在R上是以2为周期的偶函数,
∴f(x)=f(x-2)=f(2-x)=log2(2-x+1)=log2(3-x).
答案 log2(3-x)
考点一 判断函数的奇偶性
【例1】 判断下列函数的奇偶性:
(1)f(x)=+;
(2)f(x)=;
(3)f(x)=
解 (1)由得x2=3,解得x=±,
即函数f(x)的定义域为{-,},
从而f(x)=+=0.
因此f(-x)=-f(x)且f(-x)=f(x),
∴函数f(x)既是奇函数又是偶函数.
(2)由得定义域为(-1,0)∪(0,1),关于原点对称.
∴x-2<0,∴|x-2|-2=-x,∴f(x)=.
又∵f(-x)==-=-f(x),
∴函数f(x)为奇函数.
(3)显然函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),关于原点对称.
∵当x<0时,-x>0,
则f(-x)=-(-x)2-x=-x2-x=-f(x);
当x>0时,-x<0,
则f(-x)=(-x)2-x=x2-x=-f(x);
综上可知:对于定义域内的任意x,总有f(-x)=-f(x)成立,∴函数f(x)为奇函数.
规律方法 判断函数的奇偶性,其中包括两个必备条件:
(1)定义域关于原点对称,这是函数具有奇偶性的必要不充分条件,所以首先考虑定义域;
(2)判断f(x)与f(-x)是否具有等量关系,在判断奇偶性的运算中,可以转化为判断奇偶性的等价等量关系式(f(x)+f(-x)=0(奇函数)或f(x)-f(-x)=0(偶函数))是否成立.
【训练1】 (1)下列函数中,既不是奇函数,也不是偶函数的是( )
A.y=x+sin 2x B.y=x2-cos x
C.y=2x+ D.y=x2+sin x
(2)已知f(x)=,g(x)=,则下列结论正确的是( )
A.f(x)+g(x)是偶函数 B.f(x)+g(x)是奇函数
C.f(x)g(x)是奇函数 D.f(x)g(x)是偶函数
解析 (1)对于A,定义域为R,f(-x)=-x+sin 2(-x)=-(x+sin 2x)=-f(x),为奇函数;对于B,定义域为R,f(-x)=(-x)2-cos(-x)=x2-cos x=f(x),为偶函数;对于C,定义域为R,f(-x)=2-x+=2x+=f(x),为偶函数;对于D,y=x2+sin x既不是偶函数也不是奇函数.
(2)令h(x)=f(x)+g(x),
因为f(x)=,g(x)=,
所以h(x)=+=,
定义域为(-∞,0)∪(0,+∞).
因为h(-x)===h(x),
所以h(x)=f(x)+g(x)是偶函数,
令F(x)=f(x)g(x)=,
定义域为(-∞,0)∪(0,+∞).
所以F(-x)==,
因为F(-x)≠F(x)且F(-x)≠-F(x),
所以F(x)=g(x)f(x)既不是奇函数也不是偶函数.
答案 (1)D (2)A
考点二 函数的周期性及其应用
【例2】 (1)(一题多解)(2018·全国Ⅱ卷)已知f(x)是定义域为(-∞,+∞)的奇函数,满足f(1-x)=f(1+x).若f(1)=2,则f(1)+f(2)+f(3)+…+f(50)=( )
A.-50 B.0 C.2 D.50
(2)已知f(x)是R上最小正周期为2的周期函数,且当0≤x<2时,f(x)=x3-x,则函数y=f(x)的图象在区间[0,6]上与x轴的交点个数为________.
解析 (1)法一 ∵f(x)在R上是奇函数,且f(1-x)=f(1+x).
∴f(x+1)=-f(x-1),即f(x+2)=-f(x).
因此f(x+4)=f(x),则函数f(x)是周期为4的函数,
由于f(1-x)=f(1+x),f(1)=2,
故令x=1,得f(0)=f(2)=0
令x=2,得f(3)=f(-1)=-f(1)=-2,
令x=3,得f(4)=f(-2)=-f(2)=0,
故f(1)+f(2)+f(3)+f(4)=2+0-2+0=0,
所以f(1)+f(2)+f(3)+…+f(50)=12×0+f(1)+f(2)=2.
法二 取一个符合题意的函数f(x)=2sin,则结合该函数的图象易知数列{f(n)}(n∈N*)是以4为周期的周期数列.
故f(1)+f(2)+f(3)+…+f(50)=12×[f(1)+f(2)+f(3)+f(4)]+f(1)+f(2)=12×[2+0+(-2)+0]+2+0=2.
(2)因为当0≤x<2时,f(x)=x3-x.又f(x)是R上最小正周期为2的周期函数,且f(0)=0,
则f(6)=f(4)=f(2)=f(0)=0.
又f(1)=0,∴f(3)=f(5)=f(1)=0,
故函数y=f(x)的图象在区间[0,6]上与x轴的交点有7个.
答案 (1)C (2)7
规律方法 1.根据函数的周期性和奇偶性求给定区间上的函数值或解析式时,应根据周期性或奇偶性,由待求区间转化到已知区间.
2.若f(x+a)=-f(x)(a是常数,且a≠0),则2a为函数f(x)的一个周期.第(1)题法二是利用周期性构造一个特殊函数,优化了解题过程.
【训练2】 (1)(2018·南充二模)设f(x)是周期为4的奇函数,当0≤x≤1时,f(x)=x(1+x),则f=( )
A.- B.- C. D.
(2)已知f(x)是定义在R上的偶函数,且f(x+4)=f(x-2).若当x∈[-3,0]时,f(x)=6-x,则f(919)=________.
解析 (1)∵f(x)是周期为4的奇函数,
∴f=-f=-f,
又0≤x≤1时,f(x)=x(1+x),
故f=-f=-=-.
(2)∵f(x+4)=f(x-2),
∴f[(x+2)+4]=f[(x+2)-2],即f(x+6)=f(x),
∴f(919)=f(153×6+1)=f(1),
又f(x)在R上是偶函数,
∴f(1)=f(-1)=6-(-1)=6,即f(919)=6.
答案 (1)A (2)6
考点三 函数性质的综合运用 多维探究
角度1 函数单调性与奇偶性
【例3-1】 (2019·石家庄模拟)设f(x)是定义在[-2b,3+b]上的偶函数,且在[-2b,0]上为增函数,则f(x-1)≥f(3)的解集为( )
A.[-3,3] B.[-2,4] C.[-1,5] D.[0,6]
解析 因为f(x)是定义在[-2b,3+b]上的偶函数,
所以有-2b+3+b=0,解得b=3,
由函数f(x)在[-6,0]上为增函数,得f(x)在(0,6]上为减函数.故f(x-1)≥f(3)⇒f(|x-1|)≥f(3)⇒|x-1|≤3,故-2≤x≤4.
答案 B
规律方法 1.函数单调性与奇偶性结合.注意函数单调性及奇偶性的定义,以及奇、偶函数图象的对称性.
2.本题充分利用偶函数的性质f(x)=f(|x|),避免了不必要的讨论,简化了解题过程.
角度2 函数的奇偶性与周期性
【例3-2】 (1)已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(x+5)=f(x),且当x∈时,f(x)=x3-3x,则f(2 018)=( )
A.2 B.-18 C.18 D.-2
(2)(2018·洛阳模拟)已知函数y=f(x)满足y=f(-x)和y=f(x+2)是偶函数,且f(1)=,设F(x)=f(x)+f(-x),则F(3)=( )
A. B. C.π D.
解析 (1)∵f(x)满足f(x+5)=f(x),
∴f(x)是周期为5的函数,
∴f(2 018)=f(403×5+3)=f(3)=f(5-2)=f(-2),
∵f(x)是奇函数,且当x∈时,f(x)=x3-3x,
∴f(-2)=-f(2)=-(23-3×2)=-2,故f(2 018)=-2.
(2)由y=f(-x)和y=f(x+2)是偶函数知f(-x)=f(x),且f(x+2)=f(-x+2),则f(x+2)=f(x-2).
∴f(x+4)=f(x),则y=f(x)的周期为4.
所以F(3)=f(3)+f(-3)=2f(3)=2f(-1)=2f(1)=.
答案 (1)D (2)B
规律方法 周期性与奇偶性结合的问题多考查求值问题,常利用奇偶性及周期性进行交换,将所求函数值的自变量转化到已知解析式的函数定义域内求解.周期性、奇偶性与单调性结合.解决此类问题通常先利用周期性转化自变量所在的区间,然后利用奇偶性和单调性求解.
【训练3】 (1)(2019·重庆九校模拟)已知奇函数f(x)的图象关于直线x=3对称,当x∈[0,3]时,f(x)=-x,则f(-16)=________.
(2)若函数f(x)是定义在R上的偶函数,且在区间[0,+∞)上是单调递增函数.如果实数t满足f(ln t)+f≤2f(1),那么t的取值范围是________.
解析 (1)根据题意,函数f(x)的图象关于直线x=3对称,则有f(x)=f(6-x),
又由函数为奇函数,则f(-x)=-f(x),
则有f(x)=-f(6-x)=f(x-12),
则f(x)的最小正周期是12,
故f(-16)=f(-4)=-f(4)=-f(2)=-(-2)=2.
(2)由于函数f(x)是定义在R上的偶函数,
所以f(ln t)=f,
由f(ln t)+f≤2f(1),
得f(ln t)≤f(1).
又函数f(x)在区间[0,+∞)上是单调递增函数,
所以|ln t|≤1,即-1≤ln t≤1,故≤t≤e.
答案 (1)2 (2)
[思维升华]
1.判断函数的奇偶性,首先应该判断函数定义域是否关于原点对称.定义域关于原点对称是函数具有奇偶性的一个必要条件.
2.利用函数奇偶性可以解决以下问题:
(1)求函数值;(2)求解析式;(3)求函数解析式中参数的值;(4)画函数图象,确定函数单调性.
3.在解决具体问题时,要注意结论“若T是函数的周期,则kT(k∈Z且k≠0)也是函数的周期”的应用.
[易错防范]
1.f(0)=0既不是f(x)是奇函数的充分条件,也不是必要条件.
2.函数f(x)满足的关系f(a+x)=f(b-x)表明的是函数图象的对称性,函数f(x)满足的关系f(a+x)=f(b+x)(a≠b)表明的是函数的周期性,在使用这两个关系时不要混淆.
数学运算——活用函数性质中“三个二级”结论
数学运算是解决数学问题的基本手段,通过运算能够促进学生数学思维的发展.通过常见的“二维结论”
解决数学问题,可优化数学运算的过程,使学生逐步形成规范化、程序化的思维品质,养成一丝不苟、严谨求实的科学精神.
类型1 奇函数的最值性质
已知函数f(x)是定义在区间D上的奇函数,则对任意的x∈D,都有f(x)+f(-x)=0.特别地,若奇函数f(x)在D上有最值,则f(x)max+f(x)min=0,且若0∈D,则f(0)=0.
【例1】 设函数f(x)=的最大值为M,最小值为m,则M+m=________.
解析 显然函数f(x)的定义域为R,
f(x)==1+,
设g(x)=,则g(-x)=-g(x),
∴g(x)为奇函数,
由奇函数图象的对称性知g(x)max+g(x)min=0,
∴M+m=[g(x)+1]max+[g(x)+1]min=2+g(x)max+g(x)min=2.
答案 2
类型2 抽象函数的周期性
(1)如果f(x+a)=-f(x)(a≠0),那么f(x)是周期函数,其中一个周期T=2a.
(2)如果f(x+a)=(a≠0),那么f(x)是周期函数,其中的一个周期T=2a.
(3)如果f(x+a)+f(x)=c(a≠0),那么f(x)是周期函数,其中的一个周期T=2a.
【例2】 已知函数f(x)为定义在R上的奇函数,当x≥0时,有f(x+3)=-f(x),且当x∈(0,3)时,f(x)=x+1,则f(-2 017)+f(2 018)=( )
A.3 B.2 C.1 D.0
解析 因为函数f(x)为定义在R上的奇函数,
所以f(-2 017)=-f(2 017),
因为当x≥0时,有f(x+3)=-f(x),
所以f(x+6)=-f(x+3)=f(x),即当x≥0时,自变量的值每增加6,对应函数值重复出现一次.
又当x∈(0,3)时,f(x)=x+1,
∴f(2 017)=f(336×6+1)=f(1)=2,
f(2 018)=f(336×6+2)=f(2)=3.
故f(-2 017)+f(2 018)=-f(2 017)+3=1.
答案 C
类型3 抽象函数的对称性
已知函数f(x)是定义在R上的函数.
(1)若f(a+x)=f(b-x)恒成立,则y=f(x)的图象关于直线x=对称,特别地,若f(a+x)=f(a-x)恒成立,则y=f(x)的图象关于直线x=a对称.
(2)若函数y=f(x)满足f(a+x)+f(a-x)=0,即f(x)=-f(2a-x),则f(x)的图象关于点(a,0)对称.
【例3】 (2018·日照调研)函数y=f(x)对任意x∈R都有f(x+2)=f(-x)成立,且函数y=f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,f(1)=4,则f(2 016)+f(2 017)+f(2 018)的值为________.
解析 因为函数y=f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,
所以函数y=f(x)的图象关于原点对称,
所以f(x)是R上的奇函数,
f(x+2)=-f(x),所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),故f(x)的周期为4.
所以f(2 017)=f(504×4+1)=f(1)=4,
所以f(2 016)+f(2 018)=-f(2 014)+f(2 014+4)=-f(2 014)+f(2 014)=0,
所以f(2 016)+f(2 017)+f(2 018)=4.
答案 4
基础巩固题组
(建议用时:40分钟)
一、选择题
1.下列函数中,既是偶函数,又在(0,1)上单调递增的函数是( )
A.y=|log3x| B.y=x3
C.y=e|x| D.y=cos |x|
解析 对于A选项,函数定义域是(0,+∞),故是非奇非偶函数,显然B项中,y=x3是奇函数.
对于C选项,函数的定义域是R,是偶函数,且当x∈(0,+∞)时,函数是增函数,故在(0,1)上单调递增,正确.
对于D选项,y=cos |x|在(0,1)上单调递减.
答案 C
2.(一题多解)(2019·河北“五个一”名校联盟二模)设函数f(x)是定义在R上的奇函数,且f(x)= 则g(-8)=( )
A.-2 B.-3 C.2 D.3
解析 法一 当x<0时,-x>0,且f(x)为奇函数,
则f(-x)=log3(1-x),所以f(x)=-log3(1-x).
因此g(x)=-log3(1-x),x<0,
故g(-8)=-log39=-2.
法二 由题意知,g(-8)=f(-8)=-f(8)=-log39=-2.
答案 A
3.已知f(x)在R上是奇函数,且满足f(x+4)=f(x),当x∈(-2,0)时,f(x)=2x2,则f(2 019)等于( )
A.-2 B.2 C.-98 D.98
解析 由f(x+4)=f(x)知,f(x)是周期为4的函数,
f(2 019)=f(504×4+3)=f(3),
又f(x+4)=f(x),∴f(3)=f(-1),
由-1∈(-2,0)得f(-1)=2,
∴f(2 019)=2.
答案 B
4.(一题多解)已知奇函数f(x)在R上是增函数,g(x)=xf(x).若a=g(-log25.1),b=g(20.8),c=g(3),则a,b,c的大小关系为( )
A.alog25.1>2>20.8,且a=g(-log25.1)=g(log25.1),
∴g(3)>g(log25.1)>g(20.8),则c>a>b.
法二 (特殊化)取f(x)=x,则g(x)=x2为偶函数且在(0,+∞)上单调递增,又3>log25.1>20.8,
从而可得c>a>b.
答案 C
5.(2019·山东、湖北部分重点中学模拟)已知定义在R上的函数f(x)在[1,+∞)上单调递减,且f(x+1)是偶函数,不等式f(m+2)≥f(x-1)对任意的x∈[-1,0]恒成立,则实数m的取值范围是( )
A.[-3,1] B.[-4,2]
C.(-∞,-3]∪[1,+∞) D.(-∞,-4]∪[2,+∞)
解析 因为f(x+1)是偶函数,所以f(-x+1)=f(x+1),所以f(x)的图象关于x=1对称,由f(m+2)≥f(x-1)得|(m+2)-1|≤|(x-1)-1|,即|m+1|≤|x-2|在x∈[-1,0]恒成立,所以|m+1|≤|x-2|min,所以|m+1|≤2,解得-3≤m≤1.
答案 A
二、填空题
6.若函数f(x)=xln(x+)为偶函数,则a=________.
解析 f(x)为偶函数,则y=ln(x+)为奇函数,
所以ln(x+)+ln(-x+)=0,
则ln(a+x2-x2)=0,∴a=1.
答案 1
7.若函数f(x)是定义在R上的周期为2的奇函数,当00,
所以f(-x)=-(-x)2+2(-x)=-x2-2x.
又f(x)为奇函数,所以f(-x)=-f(x).
于是x<0时,f(x)=x2+2x=x2+mx,
所以m=2.
(2)要使f(x)在[-1,a-2]上单调递增,
结合f(x)的图象知所以10,则x的取值范围为( )
A.{x|02}
B.{x|x<0或x>2}
C.{x|x<0或x>3}
D.{x|x<-1或x>1}
解析 由题意知函数f(x)在(-∞,0)上单调递增,且f(-1)=0,
不等式f(x-1)>0⇔f(x-1)>f(1)或f(x-1)>f(-1).
∴x-1>1或0>x-1>-1,
解之得x>2或0