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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
考试要求 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.
[常用结论与微点提醒]
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.奇函数在两个关于原点对称的区间上具有相同的单调性;偶函数在两个关于原点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)若f(x+a)+f(x)=c,则T=2a(a>0,c为常数).
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.
诊 断 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f(x)满足关系f(a+x)=-f(b-x),则函数f(x)的图象关于点对称.( )
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.
答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√
2.(新教材必修第一册P84例6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.(老教材必修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.(2020·济南一中月考)已知f(x)=ax2+bx是定义在[a-1,2a]上的偶函数,那么a+b的值是( )
A.- B. C. D.-
解析 由题意,得b=0,且2a=-(a-1),
解得a=,则a+b=.
答案 B
5.(2019·全国Ⅱ卷)设f(x)为奇函数,且当x≥0时,f(x)=ex-1,则当x<0时,f(x)=( )
A.e-x-1 B.e-x+1
C.-e-x-1 D.-e-x+1
解析 由题意知,当x<0时,f(x)=-f(-x)=-(e-x-1)=-e-x+1.
答案 D
6.(2020·衡水中学调研)已知定义在R上的偶函数f(x),满足f(x+2)=f(x),当x∈[0,1]时,f(x)=ex-1,则f(-2 017)+f(2 018)=________.
解析 由f(x+2)=f(x)可知,函数f(x)的周期为2,又f(x)为偶函数,∴f(-2 017)+f(2 018)=f(-2 016-1)+f(0)=f(-1)+f(0)=f(1)+f(0)=e-1.
答案 e-1
考点一 函数的奇偶性及其应用 多维探究
角度1 函数奇偶性的判断
【例1-1】 判断下列函数的奇偶性:
(1)f(x)=+;
(2)f(x)=
(3)f(x)=log2(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)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.
(3)显然函数f(x)的定义域为R,
f(-x)=log2(-x+)=log2(-x)
=log2(+x)-1=-log2(+x)=-f(x),
故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.
角度2 函数奇偶性的应用
【例1-2】 (1)若函数f(x)=在区间[-3,5]上的最大值、最小值分别为p,q,则p+q的值为( )
A.2 B.1 C.6 D.3
(2)已知f(x)为定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=2x+m,则f(-3)=________.
解析 (1)因为f(x)==3-,
所以f(x)-3=-,∴f(t+1)-3=-,t∈[-4,4].
又f(t+1)-3为奇函数,所以它在区间[-4,4]上的最大值、最小值之和为0,也是p-3+q-3=0,所以p+q=6.
(2)因为f(x)为R上的奇函数,所以f(0)=0,
即f(0)=20+m=0,解得m=-1,
故f(x)=2x-1(x≥0),
则f(-3)=-f(3)=-(23-1)=-7.
答案 (1)C (2)-7
规律方法 利用函数奇偶性可以解决以下问题:
(1)求函数值:将待求值利用奇偶性转化为求已知解析式的区间上的函数值.
(2)求解析式:将待求区间上的自变量转化到已知解析式的区间上,再利用奇偶性的定义求出.
(3)求解析式中的参数:利用待定系数法求解,根据f(x)±f(-x)=0得到关于参数的恒等式,由系数的对等性得方程(组),进而得出参数的值.
(4)画函数图象:利用函数的奇偶性可画出函数在其对称区间上的图象.
(5)求特殊值:利用奇函数的最大值与最小值之和为零可求一些特殊结构的函数值.
【训练1】 (1)(角度1)设函数f(x)=+b(a>0且a≠1),则函数f(x)的奇偶性( )
A.与a无关,且与b无关 B.与a有关,且与b有关
C.与a有关,但与b无关 D.与a无关,但与b有关
(2)(角度2)若f(x)=ln(e3x+1)+ax是偶函数,则a=________ .
解析 (1)f(-x)=+b=+b≠f(x),
所以f(x)一定不是偶函数;
设f(x)为奇函数,则由奇函数的定义知f(-x)+f(x)=0.
即+b++b=+2b=-2+2b=0,解得b=1,
即当b=1时,f(x)为奇函数,
当b≠1时,f(x)为非奇非偶函数,
所以f(x)的奇偶性与a无关,但与b有关.
(2)由于f(-x)=f(x),
即ln(e-3x+1)-ax=ln(e3x+1)+ax,
化简得2ax+3x=0(x∈R),则2a+3=0,
解得a=-.
答案 (1)D (2)-
考点二 函数的周期性及其应用
【例2】 (1)已知函数f(x)对任意x∈R,都有f(x+2π)=f(x),当x∈(0,π)时,f(x)=2sin ,则f=( )
A. B. C.1 D.
(2)已知函数f(x)是定义在R上的周期为3的周期函数,且当x∈(1,4]时,f(x)=3x
-1,则f(1)+f(2)+f(3)+…+f(100)=________.
解析 (1)因为f(x+2π)=f(x),所以f(x)的周期为2π.
所以f=f=f=f,
又因为当x∈(0,π)时,f(x)=2sin ,
所以f=2sin =1.
(2)由题意,得f(1)=f(4)=11,f(2)=5,f(3)=8.
故f(1)+f(2)+f(3)=24,
所以f(1)+f(2)+f(3)+…+f(100)=33×[f(1)+f(2)+f(3)]+f(33×3+1)=803.
答案 (1)C (2)803
规律方法 1.注意周期性的常见表达式的应用.
2.根据函数的周期性,可以由函数局部的解析式(或函数值)得到整个定义域内的解析式(或相应的函数值).
【训练2】 (1)已知定义在R上的函数f(x)满足f(2)=2-,且对任意的x都有f(x+2)=,则f(2 020)=________.
(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)由f(x+2)=,得f(x+4)==f(x),所以函数f(x)的周期为4,所以f(2 020)=f(4).又f(2)=2-,所以f(4)=-=-=-2-.故f(2 020)=-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)-2- (2)7
考点三 函数性质的综合运用 多维探究
角度1 函数的单调性与奇偶性
【例3-1】 (1)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.af(2x-1)成立的x的取值范围为________________.
解析 (1)易知g(x)=xf(x)在R上为偶函数,
∵奇函数f(x)在R上是增函数,且f(0)=0.
∴g(x)在(0,+∞)上是增函数.
又3>log25.1>2>20.8,且a=g(-log25.1)=g(log25.1),
∴g(3)>g(log25.1)>g(20.8),则c>a>b.
(2)由已知得函数f(x)为偶函数,所以f(x)=f(|x|),
由f(x)>f(2x-1),可得f(|x|)>f(|2x-1|).
当x>0时,f(x)=ln(1+x)-,
因为y=ln(1+x)与y=-在(0,+∞)上都单调递增,所以函数f(x)在(0,+∞)上单调递增.
由f(|x|)>f(|2x-1|,可得|x|>|2x-1|,
两边平方可得x2>(2x-1)2,整理得3x2-4x+1<0,
解得f(x2)的形式,再结合单调性,脱去法则“f”变成常规不等式,如x1x2)求解.
角度2 函数的奇偶性与周期性
【例3-2】 (1)(2020·德州联考)已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(x+2)=-f(x),当0≤x≤1时,f(x)=x2,则f(2 023)=( )
A.20192 B.1 C.0 D.-1
(2)已知f(x)是定义在R上的以3为周期的偶函数,若f(1)<1,f(5)=,则实数a的取值范围为( )
A.(-1,4) B.(-2,0)
C.(-1,0) D.(-1,2)
解析 (1)根据题意,函数f(x)满足f(x+2)=-f(x),则有f(x+4)=-f(x+2)=f(x),即函数是周期为4的周期函数,则f(2 023)=f(-1+2 024)=f(-1),又函数y=f(x)为奇函数,且x∈[0,1]时,f(x)=x2,则f(-1)=-f(1)=-1,故f(2 023)=-1.
(2)因为f(x)是定义在R上的以3为周期的偶函数.
∴f(5)=f(-1)=f(1)<1.
从而<1,解得-13的解集为( )
A.(-∞,-2)∪(2,+∞) B.(-∞,-4)∪(4,+∞)
C.(-2,2) D.(-4,4)
解析 由题意,f(0)=log22+b=0,解得b=-1.
所以f(x)=log2(x+2)+x-1,f(2)=3,且在R上单调递增,又|f(x)|>3,所以|f(x)|>f(2),即f(x)>f(2)或f(x)2或x<-2.
答案 A
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“二级结论”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,
且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)=-(a≠0),那么f(x)是周期函数,其中的一个周期T=2a.
(4)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(-2 023)+f(2 024)=( )
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(-2 023)=-f(2 023),
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(2 023)=f(337×6+1)=f(1)=2,
f(2 024)=f(337×6+2)=f(2)=3.
故f(-2 023)+f(2 024)=-f(2 023)+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】 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.(-∞,-3)∪[1,+∞)
C.[-4,2] D.(-∞,-4]∪[2,+∞)
解析 由于f(x+1)是偶函数,所以f(-x+1)=f(x+1),
因此函数y=f(x)的图象关于x=1对称.
由f(x)在[1,+∞)上递减,知f(x)在(-∞,1]上递增.
又x∈[-1,0],知x-1∈[-2,-1],
①当m+2≤1,即m≤-1时,f(m+2)≥f(x-1)对x∈[-1,0]恒成立,
则有m+2≥x-1对x∈[-1,0]恒成立,∴-3≤m≤-1,
②当m+2>1,即m>-1时,f(m+2)≥f(x-1)=f(3-x),
则有m+2≤3-x对x∈[-1,0]恒成立,则-1f(3) B.f(2)>f(5)
C.f(3)>f(5) D.f(3)>f(6)
解析 ∵y=f(x+4)为偶函数,∴f(-x+4)=f(x+4),
因此y=f(x)的图象关于直线x=4对称,
∴f(2)=f(6),f(3)=f(5).
又y=f(x)在(4,+∞)上为减函数,
∴f(5)>f(6),所以f(3)>f(6).
答案 D
5.定义在R上的奇函数f(x)满足f=f(x),当x∈时,f(x)=log(1-x),则f(x)在区间内是( )
A.减函数且f(x)>0 B.减函数且f(x)<0
C.增函数且f(x)>0 D.增函数且f(x)<0
解析 当x∈时,由f(x)=log(1-x)可知,f(x)单调递增且f(x)>0.
又函数f(x)为奇函数,所以在区间上函数也单调递增,且f(x)<0.
由f=f(x)知,函数的周期为,所以在区间上,函数单调递增且f(x)<0.
答案 D
二、填空题
6.已知函数f(x)是奇函数,当x>0时,f(x)=ln x,则f的值为________.
解析 由已知可得f=ln =-2,
所以f=f(-2).又f(x)是奇函数,
所以f=f(-2)=-f(2)=-ln 2.
答案 -ln 2
7.奇函数f(x)在区间[3,6]上是增函数,且在区间[3,6]上的最大值为8,最小值为-1,则f(6)+f(-3)的值为________.
解析 由于f(x)在[3,6]上为增函数,所以f(x)的最大值为f(6)=8,f(x)的最小值为f(3)=-1,因为f(x)为奇函数,所以f(-3)=-f(3)=1,所以f(6)+f(-3)=8+1=9.
答案 9
8.若函数f(x)是定义在R上的偶函数,且在区间[0,+∞)上是单调递增的.如果实数t满足f(ln t)+f≤2f(1),那么t的取值范围是________.
解析 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,+∞)上是单调递增的,
所以|ln t|≤1,即-1≤ln t≤1,故≤t≤e.
答案
三、解答题
9.已知函数f(x)=是奇函数.
(1)求实数m的值;
(2)若函数f(x)在区间[-1,a-2]上单调递增,求实数a的取值范围.
解 (1)设x<0,则-x>0,
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,f(x+2)=对任意x∈R恒成立,则f(2 023)=________.
解析 因为f(x)>0,f(x+2)=,
所以f(x+4)=f[(x+2)+2]===f(x),
则函数f(x)的周期是4,
所以f(2 023)=f(506×4-1)=f(-1).
因为函数f(x)为偶函数,
所以f(2 023)=f(-1)=f(1).
当x=-1时,f(-1+2)=,得f(1)=.
由f(x)>0,得f(1)=1,所以f(2 023)=f(1)=1.
答案 1
14.设f(x)是(-∞,+∞)上的奇函数,f(x+2)=-f(x),当0≤x≤1时,f(x)=x.
(1)求f(π)的值;
(2)当-4≤x≤4时,求f(x)的图象与x轴所围成图形的面积.
解 (1)由f(x+2)=-f(x)得,
f(x+4)=f[(x+2)+2]=-f(x+2)=f(x),
所以f(x)是以4为周期的周期函数,
所以f(π)=f(-1×4+π)=f(π-4)=-f(4-π)=-(4-π)=π-4.
(2)由f(x)是奇函数且f(x+2)=-f(x),
得f[(x-1)+2]=-f(x-1)=f[-(x-1)],
即f(1+x)=f(1-x).
故知函数y=f(x)的图象关于直线x=1对称.
又当0≤x≤1时,f(x)=x,且f(x)的图象关于原点成中心对称,则f(x)的图象如下图所示.
当-4≤x≤4时,f(x)的图象与x轴围成的图形面积为S,则S=4S△OAB=4×=4.
C级 创新猜想
15.(开放多填题)设函数f(x)是定义在R上的偶函数,且对任意的x∈R恒有f(x+1)=f(x-1),已知当x∈[0,1]时,f(x)=2x,则有
①2是函数f(x)的周期;
②函数f(x)在(1,2)上是减函数,在(2,3)上是增函数;
③函数f(x)的最大值是1,最小值是0.
其中所有正确命题的序号是________.
解析 在f(x+1)=f(x-1)中,令x-1=t,
则有f(t+2)=f(t),
因此2是函数f(x)的周期,故①正确;
当x∈[0,1]时,f(x)=2x是增函数,
根据函数的奇偶性知,f(x)在[-1,0]上是减函数,根据函数的周期性知,函数f(x)在(1,2)上是减函数,在(2,3)上是增函数,故②正确;
由②知,f(x)在[0,2]上的最大值f(x)max=f(1)=2,f(x)的最小值f(x)min=f(0)=f(2)=20=1且f(x)是周期为2的周期函数,∴f(x)的最大值是2,最小值是1,故③错误.
答案 ①②
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