内容正文:
3. 2. 2 奇偶性
明确目标 发展素养
1.理解奇函数、偶函数的定义,了解奇函数、偶函数图象的特征
2.掌握判断函数奇偶性的方法,会根据函数奇偶性求函数值或解析式
3.能利用函数的奇偶性与单调性分析、解决较简单的问题 1.借助奇(偶)函数的特征,培养直观想象素养
2.借助函数奇偶性的判断方法,培养逻辑推理素养
3.借助奇偶性与单调性的应用,提升逻辑推理和数学运算素养
知识点 函数的奇偶性
(一)教材梳理填空
偶函数 奇函数
定义 一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,都有 ,且 ,那么函数f(x)就叫做偶函数 一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,都有 ,且 ,那么函数f(x)就叫做奇函数
图象特点 关于 对称 关于 对称
定义域特征 关于 对称
奇偶性 如果函数是奇函数或是偶函数,那么称函数f(x)具有_______
-x∈I
f(-x)=f(x)
-x∈I
f(-x)=-f(x)
y轴
原点
原点
奇偶性
[微思考] 既是奇函数又是偶函数的函数只有f(x)=0(x∈R)这一函数吗?
提示:不是只有一个,有无数个,如f(x)=0(x∈[-1,1]),f(x)=0(x∈[-2,2]).
(二)基本知能小试
1.判断正误:
(1)f(x)是定义在R上的函数,若f(-1)=f(1),则f(x)一定是偶函数. ( )
(2)对于函数y=f(x),若存在x,使f(-x)=-f(x),则函数y=f(x)一定是奇函数.
( )
(3)若函数的定义域关于原点对称,则这个函数不是奇函数就是偶函数. ( )
答案:(1)× (2)× (3)×
2.下列函数是偶函数的是 ( )
A.y=x B.y=3x2 C.y=x-1 D.y=|x|(x∈[0,1])
解析:选项A、C中的函数是奇函数,选项B中的函数是偶函数,选项D中的函数既不是奇函数,也不是偶函数.
答案:B
3.函数y=f(x),x∈[-1,a](a>-1)是奇函数,则a等于 ( )
A.-1 B.0 C.1 D.无法确定
解析:∵奇函数的定义域关于原点对称,
∴a-1=0,即a=1.
答案:C
4.函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x>0时,f(x)=-x+1,则当x<0时,f(x)=________.
解析:当x<0时,-x>0,则f(-x)=-(-x)+1=x+1=-f(x),
所以f(x)=-x-1.
答案:-x-1
[解] (1)∵函数f(x)的定义域为R,关于原点对称,
又f(-x)=2-|-x|=2-|x|=f(x),∴f(x)为偶函数.
(2)∵函数f(x)的定义域为{-1,1},关于原点对称,
且f(x)=0,又∵f(-x)=-f(x),f(-x)=f(x),
∴f(x)既是奇函数又是偶函数.
(3)∵函数f(x)的定义域为{x|x≠1},不关于原点对称,
∴f(x)是非奇非偶函数,即f(x)既不是奇函数又不是偶函数.
(4)f(x)的定义域是(-∞,0)∪(0,+∞),关于原点对称.当x>0时,-x<0,f(-x)=1-(-x)=1+x=f(x);
当x<0时,-x>0,f(-x)=1+(-x)=1-x=f(x).
综上可知,对于x∈(-∞,0)∪(0,+∞),都有f(-x)=f(x),f(x)为偶函数.
函数奇偶性的判断方法
(1)定义法:
确定函数的奇偶性时,必须先判定函数定义域是否关于原点对称.若对称,再化简解析式后验证f(-x)=±f(x)或其等价形式f(-x)±f(x)=0是否成立.
(2)图象法:
(3)性质法:
设f(x),g(x)的定义域分别是D1,D2,那么在它们的公共定义域上:奇+奇=奇,奇×奇=偶,偶+偶=偶,偶×偶=偶,奇×偶=奇.
提醒:分段函数奇偶性的判断,要分别从x>0或x<0来寻找等式f(-x)=f(x)或f(-x)=-f(x)成立,只有当对称的两个区间上满足相同关系时,分段函数才具有确定的奇偶性.
解:(1)函数f(x)的定义域为R.
又f(-x)=(-x)3+(-x)5=-(x3+x5)=-f(x),
所以f(x)是奇函数.
(2)函数f(x)的定义域是R.
因为f(-x)=|-x+1|+|-x-1|=|x-1|+|x+1|=f(x),所以f(x)是偶函数.
(3)函数f(x)的定义域是(-∞,-1)∪(-1,+∞),不关于原点对称,所以f(x)是非奇非偶函数.
解:函数f(x)的定义域为R,关于原点对称.
当x<0时,-x>0,f(-x)=-(-x)2+2(-x)-3
=-x2-2x-3=-(x2+2x+3)=-f(x);
当x=0时,-x=0,f(-x)=f(0)=0=-f(x);
当x>0时,-x<0,f(-x)=(-x)2+2(-x)+3
=x2-2x+3=-(-x2+2x-3)=-f(x).
∴f(x)是R上的奇函数.
题型二 奇函数、偶函数的图象问题
【学透用活】
[典例2] 已知奇函数f(x)的定义域为[-5,5],且在区间[0,5]上的图象如图所示.
(1)画出在区间[-5,0]上的图象;
(2)写出使f(x)<0的x的取值集合.
[解] (1)因为函数f(x)是奇函数,所以y=f(x)
在[-5,5]上的图象关于原点对称.
由y=f(x)在[0,5]上的图象,可知它在[-5,0]上的图象,如图所示.
(2)由图象知,使f(x)<0的x的取值集合为(-2,0)∪(2,5).
巧用奇函数、偶函数的图象求解问题
(1)依据:奇函数⇔图象关于原点对称,偶函数⇔图象关于y轴对称.
(2)求解:根据奇函数、偶函数图象的对称性可以解决诸如求函数值或画出奇函数、偶函数图象的问题.
题型三 利用函数的奇偶性求解析式
【学透用活】
[典例3] (1)若函数f(x)=ax2+bx+3a+b是偶函数,定义域为[a-1,2a],则a=________,b=________.
(2)已知函数f(x)=ax2+2x是奇函数,则实数a=________.
1.利用奇偶性求参数的常见类型
(1)定义域含参数:奇函数、偶函数f(x)的定义域为[a,b],根据定义域关于原点对称,利用a+b=0求参数.
(2)解析式含参数:根据f(-x)=-f(x)或f(-x)=f(x)列式,比较系数,利用待定系数法求解.
2.利用函数奇偶性求函数解析式的三个步骤
(1)“求谁设谁”,即在哪个区间上求解析式,x就应在哪个区间上设.
(2)转化到已知区间上,代入已知的解析式.
(3)利用f(x)的奇偶性写出-f(x)或f(-x),从而解出f(x).
【对点练清】
1.若f(x)=(x+a)(x-4)为偶函数,则实数a=________.
解析:f(x)=(x+a)(x-4)=x2+(a-4)x-4a,f(-x)=(-x+a)(-x-4)=x2-(a-4)x-4a,两式恒相等,则a-4=0,即a=4.
答案:4
3.设f(x)是偶函数,g(x)是奇函数,且f(x)+g(x)=x2+2x,求函数f(x),g(x)的解析式.
解:∵f(x)是偶函数,g(x)是奇函数,
∴f(-x)=f(x),g(-x)=-g(x),
由f(x)+g(x)=2x+x2, ①
用-x代替x,得f(-x)+g(-x)=-2x+(-x)2,
∴f(x)-g(x)=-2x+x2, ②
(①+②)÷2,得f(x)=x2;(①-②)÷2,得g(x)=2x.
题型四 函数单调性与奇偶性的应用
[探究发现]
(1)如果奇函数f(x)在区间(a,b)上单调递增,那么f(x)在区间(-b,-a)上的单调性如何?如果偶函数f(x)在区间(a,b)上单调递减,那么f(x)在区间(-b,-a)上的单调性如何?
提示:如果奇函数f(x)在区间(a,b)上单调递增,那么f(x)在区间(-b,-a)上单调递增;如果偶函数f(x)在区间(a,b)上单调递减,那么f(x)在区间(-b,-a)上单调递增.
(2)若偶函数f(x)在区间(-∞,0)上单调递增,那么f(3)和f(-2)的大小关系如何?若f(a)>f(b),你能得到什么结论?
提示:f(-2)>f(3);若f(a)>f(b),则|a|<|b|.
[方法技巧]
比较函数值大小问题的求解策略
(1)若自变量在同一单调区间上,直接利用函数的单调性比较大小.
(2)若自变量不在同一单调区间上,需利用函数的奇偶性把自变量转化到同一单调区间上,然后利用单调性比较大小.
角度(二) 解不等式问题
[典例5] 已知定义在[-2,2]上的奇函数f(x)在区间[0,2]上是减函数,若f(1-m)<f(m),求实数m的取值范围.
解有关奇函数f(x)的不等式f(a)+f(b)<0,先将f(a)+f(b)<0变形为f(a)<-f(b)=f(-b),再利用f(x)的单调性去掉“f”,化为关于a,b的不等式.另外,要特别注意函数的定义域.由于偶函数在关于原点对称的两个区间上的单调性相反,因此我们要利用偶函数的性质f(x)=f(|x|)=f(-|x|)将f(g(x))中的g(x)全部化到同一个单调区间内,再利用单调性去掉符号f,使不等式得解.
【对点练清】
1.设偶函数f(x)的定义域为R,当x∈[0,+∞)时,f(x)是增函数,则f(-2),f(π),f(-3)的大小关系是 ( )
A.f(π)>f(-3)>f(-2) B.f(π)>f(-2)>f(-3)
C.f(π)<f(-3)<f(-2) D.f(π)<f(-2)<f(-3)
解析:由偶函数与单调性的关系知,若x∈[0,+∞)时,f(x)是增函数,则x∈(-∞,0)时,f(x)是减函数,故其图象的几何特征是自变量的绝对值越小,则其函数值越小,∵|-2|<|-3|<π,∴f(π)>f(-3)>f(-2).
答案:A
2.函数f(x)是定义在实数集上的偶函数,且在[0,+∞)上是增函数,f(3)<f(2a+1),则a的取值范围是 ( )
A.(1,+∞) B.(-∞,-2)
C.(-∞,-2)∪(1,+∞) D.(-1,2)
解析:因为函数f(x)是定义在实数集上的偶函数,且f(3)<f(2a+1),所以f(3)<f(|2a+1|).又函数f(x)在[0,+∞)上是增函数,所以3<|2a+1|,解得a>1或a<-2.
答案:C
【课堂思维激活】
一、综合性——强调融会贯通
1.已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x≥0 时,f(x)=x2-2x.
(1)求f(x)的解析式,并画出f(x)的图象.
(2)设g(x)=f(x)-k,利用图象讨论,当实数k为何值时,函数g(x)有1个零点?2个零点?3个零点?
(2)由g(x)=f(x)-k=0可得f(x)=k.
结合函数的图象可知:
①当k<-1或k>1时,y=k与y=f(x)的图象有1个交点,即g(x)=f(x)-k有1个零点.
②当k=-1或k=1时,y=k与y=f(x)有2个交点,即g(x)=f(x)-k有2个零点.
③当-1<k<1时,y=k与y=f(x)有3个交点,即g(x)=f(x)-k有3个零点.
题型一 函数奇偶性的判断
【学透用活】
[典例1] 判断下列函数的奇偶性:
(1)f(x)=2-|x|;(2)f(x)= eq \r(x2-1)+ eq \r(1-x2);
(3)f(x)=eq \f(x,x-1);(4)f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x+1,x>0,,-x+1,x<0.))
eq \a\vs4\al([方法技巧])
【对点练清】
1.判断下列函数的奇偶性:
(1)f(x)=x3+x5;(2)f(x)=|x+1|+|x-1|;
(3)f(x)=eq \f(2x2+2x,x+1).
2.已知函数f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2+2x+3,x<0,,0,x=0,,-x2+2x-3,x>0,))试判断函数f(x)的奇偶性.
eq \a\vs4\al([方法技巧])
【对点练清】
如图是函数f(x)=eq \f(1,x2+1)在区间[0,+∞)上的图象,请据此在该坐标系中补全函数f(x)在定义域内的图象,并说明你的作图依据.
解:因为f(x)=eq \f(1,x2+1),所以f(x)的定义域为R.又对任意x∈R,都有f(-x)=eq \f(1,-x2+1)=eq \f(1,x2+1)=f(x),所以f(x)为偶函数.所以f(x)的图象关于y轴对称,其图象如图所示.
[解析] (1)因为偶函数的定义域关于原点对称,
所以a-1=-2a,解得a=eq \f(1,3).
又函数f(x)=eq \f(1,3)x2+bx+b+1为二次函数,结合偶函数图象的特点,易得b=0.
(2)由奇函数定义有f(-x)+f(x)=0,
得a(-x)2+2(-x)+ax2+2x=2ax2=0,故a=0.
[答案] (1)eq \f(1,3) 0 (2)0
eq \a\vs4\al([方法技巧])
2.已知f(x)是R上的奇函数,且当x∈(0,+∞)时,f(x)=x(1+x),求f(x)的解析式.
解:因为x∈(-∞,0)时,-x∈(0,+∞),所以f(-x)=-x[1+(-x)]=x(x-1).因为f(x)是R上的奇函数,所以f(x)=-f(-x)=-x(x-1),x∈(-∞,0).又f(0)=0,所以f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x1+x,x≥0,,-xx-1,x<0.))
【分类例析】
角度(一) 比较大小
[典例4] 若对于任意实数x,总有f(-x)=f(x),且f(x)在区间(-∞,-1]上是增函数,则
( )
A.feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2)))<f(-1)<f(2)
B.f(2)<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2)))<f(-1)
C.f(2)<f(-1)<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2)))
D.f(-1)<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2)))<f(2)
[解析]:∵f(-x)=f(x),
∴f(x)为偶函数,
∴f(2)=f(-2).
又f(x)在区间(-∞,-1]上是增函数,
且-2<-eq \f(3,2)<-1,
∴f(2)=f(-2)<feq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(-\f(3,2)))<f(-1),故选B.
[答案] B
[解] 因为f(x)在区间[-2,2]上为奇函数,且在区间[0,2]上是减函数,所以f(x)在[-2,2]上为减函数.
又f(1-m)<f(m),
所以eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-2≤1-m≤2,,-2≤m≤2,,1-m>m,))即eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(-1≤m≤3,,-2≤m≤2,,m<\f(1,2).))
解得-1≤m<eq \f(1,2).
故实数m的取值范围是eq \b\lc\[\rc\)(\a\vs4\al\co1(-1,\f(1,2))).
eq \a\vs4\al([方法技巧])
解:(1)当x≥0时,f(x)=x2-2x.
设x<0可得-x>0,则f(-x)=(-x)2-2(-x)=x2+2x.
∵函数f(x)为奇函数,
∴f(x)=-f(-x)=-x2-2x.
∴f(x)=eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(x2-2x,x≥0,,-x2-2x,x<0.))
函数的图象如图所示.
二、创新性——强调创新意识和创新思维
2.阅读下面材料,尝试类比探究函数y=x2-eq \f(1,x2)的图象,写出图象特征,并根据你得到的结论,作出函数的图象.
阅读材料:
我国著名数学家华罗庚先生曾说:“数缺形时少直观,形少数时难入微,数形结合百般好,隔离分家万事休.”
在数学的学习和研究中,常用函数的图象来研究函数的性质,也常用函数的解析式来琢磨函数的图象的特征.我们来看一个应用函数的特征研究对应图象形状的例子.
对于函数y=eq \f(1,x),我们可以通过表达式来研究它的图象和性质,如:
(1)在函数y=eq \f(1,x)中,x≠0,可以推测出,函数的图象不经过y轴,即图象与y轴不相交;由y≠0,可以推测出,函数的图象不经过x轴,即图象与x轴不相交.
(2)在函数y=eq \f(1,x)中,当x>0时,y>0,当x<0时,y<0,可以推测出,函数的图象只能在第一、三象限.
(3)在函数y=eq \f(1,x)中,若x∈(0,+∞),则y>0,且当x逐渐增大时y逐渐减小,可以推测出,函数的图象越向右越靠近x轴;若x∈(-∞,0),则y<0,且当x逐渐减小时y逐渐增大,可以推测出,函数的图象越向左越靠近x轴.
(4)由函数y=eq \f(1,x)可知f(-x)=-f(x),即y=eq \f(1,x)是奇函数,可以推测出,函数的图象关于原点对称.
结合以上性质,逐步推测出函数y=eq \f(1,x)的图象,如图所示.
在这样的研究中,我们既用到了从特殊到一般的思想,又用到了分类讨论的思想;既进行了静态(特殊点)的研究,又进行了动态(趋势性)的思考.让我们享受数学研究的过程并传播数学研究的成果吧!
解:(1)在y=x2-eq \f(1,x2)中,x≠0,可以推测出函数的图象不经过y轴,即与y轴不相交.
(2)令y=0,即x2-eq \f(1,x2)=0,解得x=±1,可以推测出,函数的图象与x轴相交,交点坐标为(1,0)和(-1,0).
(3)在y=x2-eq \f(1,x2)中,当0<x<1时,eq \f(1,x2)>1>x2,则y<0,当x>1时,eq \f(1,x2)<1<x2,则y>0,可以推测出函数在区间(0,1)上的图象在x轴的下方,在区间(1,+∞)上的图象在x轴上的上方.
(4)在y=x2-eq \f(1,x2)中,若x∈(0,+∞),则当x逐渐增大时eq \f(1,x2)逐渐减小,x2-eq \f(1,x2)逐渐增大,即y逐渐增大,所以函数在(0,+∞)上单调递增,可以推测出函数在区间(0,+∞)上的图象向右的趋势是单调递增的.
(5)由函数y=x2-eq \f(1,x2)可知f(-x)=f(x),即该函数为偶函数,可以推测出,函数的图象关于y轴对称.
综上,可以推测出函数y=x2-eq \f(1,x2)的图象,如图所示.
$$