内容正文:
第4课时 函数的对称性
[考试要求] 1.能通过平移,分析得出一般的轴对称和中心对称公式和推论.2.会利用对称公式解决问题.
1.奇函数、偶函数的对称性
(1)奇函数的图象关于原点对称,偶函数的图象关于y轴对称.
(2)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;若函数y=f(x+a)是奇函数,则函数y=f(x)的图象的对称中心为点(a,0).
2.函数的轴对称和中心对称
(1)若函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称,则f(a-x)=f(a+x)⇔f(2a-x)=f(x).
(2)若函数y=f(x)满足f(a-x)=-f(a+x),则函数y=f(x)的图象关于点(a,0)对称.
(3)若函数y=f(x)满足f(a-x)+f(b+x)=c,则函数y=f(x)的图象的对称中心为.
3.两个函数图象的对称
(1)函数y=f(x)与y=f(-x)的图象关于y轴对称;
(2)函数y=f(x)与y=-f(x)的图象关于x轴对称;
(3)函数y=f(x)与y=-f(-x)的图象关于原点对称.
(4)函数y=f(a-x)与y=f(x-b)的图象关于直线x=对称.
一、易错易混辨析(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)若函数y=f(x-1)是偶函数,则函数y=f(x)的图象关于直线x=1对称.(×)
(2)若函数y=f(x+1)是奇函数,则函数y=f(x)的图象关于点(1,0)对称.(√)
(3)若函数f(x)满足f(x-1)=f(x+1),则f(x)的图象关于y轴对称.(×)
(4)若函数f(x)满足f(1+x)=-f(1-x),则f(x)的图象关于直线x=1对称.(×)
二、教材经典衍生
1.(人教A版必修第一册P85思考改编)函数f(x)=x3+x的图象关于( )
A.x轴对称 B.y轴对称
C.原点对称 D.直线y=x对称
C [因为f(x)=x3+x为奇函数,所以函数的图象关于原点对称.故选C.]
2.(人教A版必修第一册P116探究改编)在同一平面直角坐标系中,函数y=3x与y=x的图象之间的关系是( )
A.关于x轴对称 B.关于y轴对称
C.关于原点对称 D.关于直线y=x对称
B [因为y=x=3-x,所以函数y=3x与y=x的图象关于y轴对称.故选B.]
3.(多选)(人教A版必修第一册P84例6改编)下列函数中,其图象关于y轴对称的是( )
A.y= B.y=x+
C.y= D.y=x-
AC [由y=知定义域为R,
且f(-x)===f(x),
所以该函数为偶函数,则图象关于y轴对称,所以A正确;
由y=x+知定义域为{x|x≠0},
且f(-x)=(-x)+=-=-f(x),
所以该函数为奇函数,则图象关于原点对称,所以B错误;
由y=知定义域为R,
且f(-x)===f(x),
所以该函数为偶函数,则图象关于y轴对称,所以C正确;
由y=x-知定义域为{x|x≠0},
且f(-x)=(-x)-=-=-f(x),
所以该函数为奇函数,则图象关于原点对称,所以D错误.故选AC.]
4.(人教A版必修第一册P87T13(1)改编)函数y=f(x)的图象关于坐标原点成中心对称图形的充要条件是函数y=f(x)为奇函数,有同学发现可以将其推广为:函数y=f(x)的图象关于点P(a,b)成中心对称图形的充要条件是函数y=f(x+a)-b为奇函数.已知f(x)=mx3+nx+1.
(1)若f(x)在[-6,6]上的最大值为M,最小值为N,则M+N=________;
(2)若m=1,n=-3,则函数f(x)的对称中心为点________.
(1)2 (2)(0,1) [(1)因为y=mx3+nx在R上为奇函数,所以在[-6,6]上,ymax=-ymin,所以M+N=(ymax+1)+(ymin+1)=2.
(2)法一:由(1)知,y=mx3+nx为奇函数,所以对称中心为点(0,0),所以函数f(x)的对称中心为点(0,1).
法二:因为g(x)=f(x+a)-b=(x+a)3-3(x+a)+1-b=x3+3ax2+(3a2-3)x+a3-3a+1-b,在R上为奇函数,
所以⇒
所以函数f(x)的对称中心为点(0,1).]
考点一 轴对称问题
[典例1] (1)(2025·泰安模拟)已知定义在R上的函数y=f(x+1)是偶函数,且在[0,+∞)上单调递增,则满足f(2x)>f(x+2)的x的取值范围为( )
A.(2,+∞) B.(-∞,0)∪(2,+∞)
C. D.∪(2,+∞)
(2)(多选)已知函数f(x)的定义域为R,对任意x都有f(2+x)=f(2-x),且f(-x)=f(x),则下列结论正确的是( )
A.f(x)的图象关于直线x=2对称
B.f(x)的图象关于点(2,0)对称
C.f(x)的周期为4
D.y=f(x+4)为偶函数
(1)B (2)ACD [(1)函数y=f(x+1)是偶函数,且在[0,+∞)上单调递增,即函数y=f(x+1)的对称轴为y轴,
又函数y=f(x+1)向右平移1个单位长度可得y=f(x),
所以函数y=f(x)的对称轴为直线x=1,且在[1,+∞)上单调递增,所以由f(2x)>f(x+2)得|2x-1|>|x+2-1|,
解得x<0或x>2.故选B.
(2)因为f(2+x)=f(2-x),所以f(x)的图象关于直线x=2对称,故A正确,B错误;
因为函数f(x)的图象关于直线x=2对称,
所以f(-x)=f(x+4),
又f(-x)=f(x),
所以f(x+4)=f(x),所以函数f(x)的周期为4,故C正确;
因为f(x)的周期为4且为偶函数,所以y=f(x+4)为偶函数,故D正确.]
轴对称的几种表述形式
(1)函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称⇔f(x)=f(2a-x)⇔f(a-x)=f(a+x);
(2)若函数y=f(x)满足f(a+x)=f(b-x),则y=f(x)的图象关于直线x=成轴对称.
[跟进训练]
1.(1)已知函数f(x)=3|x-a|+2,且满足f(5+x)=f(3-x),则f(6)=( )
A.29 B.11
C.3 D.5
(2)已知函数g(x)=x2-2x+a(ex-1+e-x+1),则该函数图象的对称轴为直线x=________.
(1)B (2)1 [(1)因为f(5+x)=f(3-x),所以f(x)的图象关于直线x=4对称,而f(x)=3|x-a|+2的图象关于直线x=a对称,
所以a=4,f(6)=3|6-4|+2=11.故选B.
(2)已知函数g(x)=x2-2x+a(ex-1+e-x+1),
因为g(1+x)-g(1-x)
=(1+x)2-2(1+x)+a(e1+x-1+e-1-x+1)-(1-x)2+2(1-x)-a(e1-x-1+e-1+x+1)
=x2-1+a(ex+e-x)-x2+1-a(e-x+ex)=0,
所以y=g(x+1)是一个偶函数.
所以g(x)的图象关于直线x=1轴对称. ]
考点二 中心对称问题
[典例2] (1)(多选)已知函数f(x)的定义域为R,f(x+2)为偶函数,f(-3x+1)为奇函数,则下列式子一定成立的是( )
A.f(2)=0 B.f(1)=0
C.f(0)=0 D.f(-1)=0
(2)(2025·济南模拟)已知函数f(x)满足:对任意的x∈R,f(x)+f(5-x)=-1.若函数y=f(x)与y=图象的交点为(xi,yi)(i=1,2,…,n),则(xi+yi)的值为( )
A.0 B.n
C.2n D.3n
(1)BD (2)C [(1)因为f(x+2)为偶函数,所以f(x+2)=f(-x+2),函数f(x)关于直线x=2对称,
因为f(-3x+1)为奇函数,所以f(-3x+1)=-f(3x+1),函数f(x)关于点(1,0)对称,
因为函数f(x)的定义域为R,所以f(1)=0,B正确;
又因为函数f(x)的图象关于直线x=2对称,所以f(3)=0,
由f(-3x+1)=-f(3x+1),令x=,可得f(-1)=-f(3)=0,D正确;
可构造函数f(x)=cos满足题意,此时f(2)=cos 0=1,f(0)=cos(-π)=-1,AC错误.故选BD.
(2)由对任意的x∈R,f(x)+f(5-x)=-1,
可知函数的图象关于点对称.
又y===--,
所以函数y=图象的中心对称点为,
所以两个函数图象的交点成对出现,
且每对交点都关于点对称,
则x1+xn=x2+xn-1=…=×2=5,y1+yn=y2+yn-1=…=-×2=-1,
所以(xi+yi)=5×+(-1)×=2n.故选C.]
中心对称的几种表述形式
(1)函数y=f(x)的图象关于点(a,b)对称⇔f(a+x)+f(a-x)=2b⇔2b-f(x)=f(2a-x);若函数y=f(x)满足f(a+x)+f(b-x)=c,则y=f(x)的图象关于点成中心对称.
(2)双曲线型函数f(x)=的图象的对称中心为.
[跟进训练]
2.(1)若函数f(x)满足f(2-x)+f(x)=-2,则下列函数中为奇函数的是( )
A.f(x-1)-1 B.f(x-1)+1
C.f(x+1)-1 D.f(x+1)+1
(2)(多选)以下函数的图象是中心对称图形的是( )
A.f(x)=2x2+1
B.f(x)=x3
C.f(x)=
D.f(x)=
(1)D (2)BCD [(1)因为f(2-x)+f(x)=-2,所以f(x)关于点(1,-1)对称,所以将f(x)向左平移1个单位长度,再向上平移1个单位长度得到函数y=f(x+1)+1,该函数的对称中心为点(0,0),故y=f(x+1)+1为奇函数.
(2)对于A,由二次函数的性质可知,
函数f(x)=2x2+1无对称中心,故A错误;
对于B,函数f(x)=x3是奇函数,故其图象关于原点对称,故B正确;
对于C,f(x)===2+,
所以f(x)=的图象可以由反比例函数y=的图象向右平移1个单位长度,向上平移2个单位长度得到,且反比例函数y=的图象关于原点对称,所以函数f(x)=的图象关于点(1,2)对称,故C正确;
对于D,函数的定义域为R,且f(0)=0,
当x>0时,-x<0,f(-x)=-x(1+x)=-f(x),
当x<0时,-x>0,f(-x)=-x(1-x)=-f(x),
所以函数f(x)为奇函数,图象关于原点对称,故D正确.
故选BCD.]
考点三 两函数图象间的对称问题
[典例3] (1)已知函数y=f(x)是定义域为R的函数,则函数y=f(x+2)与y=f(4-x)的图象( )
A.关于直线x=1对称
B.关于直线x=3对称
C.关于直线y=3对称
D.关于点(3,0)对称
(2)(多选)函数f(x)=sin x与g(x)=cos x的图象关于某条直线对称,这条直线的方程可以是( )
A.x= B.x=
C.x=- D.x=-
(1)A (2)AD [(1)设P(x0,y0)为y=f(x+2)图象上任意一点,
则y0=f(x0+2)=f(4-(2-x0)),
所以点Q(2-x0,y0)在函数y=f(4-x)的图象上,
而P(x0,y0)与Q(2-x0,y0)关于直线x=1对称,
所以函数y=f(x+2)与y=f(4-x)的图象关于直线x=1对称.
(2)设这条直线的方程是x=a,
因为函数f(x)=sin x与g(x)=cos x的图象关于直线x=a对称,
所以sin(2a-x)=cos x,
即cos=cos x,
所以-(2a-x)=x+2kπ,k∈Z,解得a=-kπ,k∈Z.当k=0时,a=;
当k=2时,a=-.故选AD.]
函数y=f(a+x)的图象与函数y=f(b-x)的图象关于直线x=对称.
[跟进训练]
3.设函数y=f(x)与y=3x+m的图象关于直线y=x对称,若f(3)+f(9)=1,则实数m的值为 .
1 [因为函数y=f(x)与y=3x+m的图象关于直线y=x对称,所以x=log3y-m,
所以f(x)=log3x-m,
所以f(3)+f(9)=1-m+2-m=1,
所以m=1.]
课时分层作业(九)
(本试卷共92分.单项选择题每题5分,多项选择题每题6分,填空题每题5分.)
一、单项选择题
1.已知函数f(x)=x2+ax对定义域内任意的x都有f(2-x)=f(2+x),则实数a等于( )
A.4 B.-4
C. D.-
B [因为f(2-x)=f(2+x),所以f(x)的图象关于直线x=2对称,故-=2,所以a=-4.故选B.]
2.下列函数中,其图象与函数y=ln x的图象关于直线x=1对称的是( )
A.y=ln(1-x) B.y=ln(2-x)
C.y=ln(1+x) D.y=ln(2+x)
B [y=ln x的图象上的点P(1,0)关于直线x=1的对称点是它本身,则点P在y=ln x的图象关于直线x=1对称的图象上,结合选项可知B正确.故选B.]
3.(2022·北京高考)已知函数f(x)=,则对任意实数x,有( )
A.f(-x)+f(x)=0
B.f(-x)-f(x)=0
C.f(-x)+f(x)=1
D.f(-x)-f(x)=
C [f(-x)+f(x)=+=+=1,故A错误,C正确;
f(-x)-f(x)=-=-==1-,不是常数,故BD错误.
故选C.]
4.函数y=f(x)是定义在R上的函数,那么y=-f(x+4)与y=f(6-x)的图象( )
A.关于直线x=5对称
B.关于直线x=1对称
C.关于点(5,0)对称
D.关于点(1,0)对称
C [由复合函数的对称性知函数y=-f(x+4)与y=f(6-x)的图象关于点,即点(5,0)中心对称.故选C.]
5.(2025·德州模拟)设函数f(x)=ax3-x-3+a,若函数f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,则a=( )
A.-1 B.0
C.1 D.2
B [因为函数f(x-1)的图象关于点(1,0)对称,故函数f(x)的图象关于点(0,0)对称,即f(x)为奇函数,故f(-x)+f(x)=a(-x)3-(-x)-3+a+ax3-x-3+a=2a=0,所以a=0.故选B.]
6.已知定义在R上的函数f(x)在(-∞,3]上单调递增,且f(x+3)为偶函数,则不等式f(x+1)>f(2x)的解集为( )
A.
B.(-∞,1)∪
C.(-3,-2)
D.(-∞,-3)∪(-2,+∞)
B [由题意可得,f(x)图象的对称轴为直线x=3,且在[3,+∞)上单调递减,由f(x+1)>f(2x),可得出|x+1-3|<|2x-3|,即(x-2)2<(2x-3)2,
即3x2-8x+5=(3x-5)(x-1)>0,解得x<1或x>.
所以,不等式f(x+1)>f(2x)的解集为(-∞,1)∪.
故选B.]
7.定义在R上的函数f(x)满足f(2-x)=2-f(x).若f(x)的图象关于直线x=3对称,则下列选项中一定成立的是( )
A.f(-3)=1 B.f(0)=0
C.f(3)=2 D.f(5)=-1
A [函数f(x)的图象关于直线x=3对称,则必有f(3-x)=f(x+3),所以f(0)=f(6),
f(1)=f(5),f(2)=f(4).又因为f(x)满足f(2-x)=2-f(x),取x=1,所以f(1)=2-f(1),f(1)=1,则f(1)=f(5)=1,取x=5,则f(-3)=2-f(5)=1,A正确.故选A.]
8.已知函数y=f(x+1)-2是奇函数,函数g(x)=与f(x)的图象有4个公共点Pi(xi,yi)(i=1,2,3,4),且x1<x2<x3<x4,则g(x1+x2+x3+x4)g(y1+y2+y3+y4)=( )
A.2 B.3
C.4 D.5
D [由函数y=f(x+1)-2是奇函数,其图象向右平移1个单位长度,再向上平移2个单位长度得到f(x)的图象,所以f(x)的图象关于点(1,2)对称.
由g(x)==2+,可得g(x)的图象是由奇函数y=的图象向右平移1个单位长度,再向上平移2个单位长度得到,所以g(x)的图象关于点(1,2)对称,
所以P1,P4与P2,P3都关于点(1,2)对称,
所以x1+x4=x2+x3=2,y1+y4=y2+y3=4,
所以g(x1+x2+x3+x4)g(y1+y2+y3+y4)=g(4)g(8)=×=5.
故选D.]
二、多项选择题
9.(2025·淄博模拟)已知定义在R上的函数f(x)满足f(x+2)+f(x)=0,且y=f(2-x)为偶函数,则下列说法一定正确的是( )
A.函数f(x)的周期为2
B.函数f(x)的图象关于点(1,0)对称
C.函数f(x)为偶函数
D.函数f(x)的图象关于直线x=3对称
BC [因为f(x)的定义域为R,且f(x+2)+f(x)=0,所以f(x+2)=-f(x),所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),函数f(x)的周期为4,A错误;
因为函数y=f(2-x)是偶函数,所以f(2-x)=f(2+x),函数f(x)的图象关于直线x=2对称,
且f(2-x)=-f(x),即f(2-x)+f(x)=0,函数f(x)图象关于点(1,0)对称,B正确;
由f(2-x)=f(2+x),得f(-x)=f(4+x)=f(x),则函数f(x)为偶函数,C正确;
由f(x+2)+f(x)=0,得f(x+3)+f(1+x)=0,由f(2-x)=f(2+x),得f(3-x)=f(1+x),
因此f(x+3)+f(3-x)=0,函数f(x)的图象关于点(3,0)对称,D错误.故选BC.]
10.(2025·日照模拟)已知f(x)是定义在R上的偶函数且f(x)不是常数函数,设F(x)=f(1-x)-1,已知函数g(x)=f(x+1)-1是奇函数,则( )
A.y=f(x)的图象关于点(1,1)对称
B.f(x)=f(x+4)
C.F(x)=f(1-x)-1是奇函数
D.F(x)的图象与g(x)的图象关于原点对称
ABC [对于A选项,因为函数g(x)是奇函数,所以g(x)+g(-x)=0,又g(x)=f(x+1)-1,所以f(x+1)-1+f(-x+1)-1=0,整理得f(x+1)+f(-x+1)=2,
所以y=f(x)的图象关于(1,1)对称,故A正确;
对于B选项,因为f(x)为定义在R上的偶函数,所以f(x)+f(x-2)=f(x)+f(2-x),
由A选项知f(x+1)+f(-x+1)=2,则f(x)+f(2-x)=2,
所以f(x)+f(x-2)=2,所以f(x-2)+f(x-4)=2,
所以f(x)=f(x-4),所以f(x)=f(x+4),故B正确;
对于C选项,因为F(x)+F(-x)=f(1-x)-1+f(1+x)-1.
由A选项知f(x+1)+f(-x+1)=2,则F(x)+F(-x)=0,所以f(x)是奇函数,故C正确;
对于D选项,因为F(x)=f(1-x)-1,所以F(-x)=f(1+x)-1=g(x),所以F(x)的图象与g(x)的图象关于y轴对称,
又F(x)不是常函数,则F(x)的图象与g(x)的图象不关于原点对称,故D错误.
故选ABC.]
三、填空题
11.若函数f(x)=的图象关于点(1,1)对称,则实数a=________.
1 [f(x)==a+,图象关于点(1,a)对称,故a=1.]
12.(2025·威海模拟)写出一个同时具有下列性质①②③的函数f(x)=___________________.
①f(3-x)=-f(x);②f(x)=f(1-x);③函数f(x)在上单调递减.
2sin(答案不唯一) [对于①,若f(3-x)=-f(x),则f(x)的图象关于点中心对称.
对于②,若f(x)=f(1-x),则f(x)的图象关于直线x=对称.
设f(x)=2sin(ωx+φ),则T=4×=4,ω=.
又f(x)的图象关于直线x=对称,且函数在上单调递减,则+φ=+2kπ,k∈Z,得φ=+2kπ, k∈Z.]
13.已知函数f(x)(x∈R)的导函数为f′(x),且满足f(x)-f(2-x)=0,则( )
A.函数f(x)的图象关于点(1,1)对称
B.函数f(x)的图象关于直线x=2对称
C.函数f′(x)的图象关于直线x=1对称
D.函数f′(x)的图象关于点(1,0)对称
D [由f(x)-f(2-x)=0,可知函数f(x)的图象关于直线x==1对称.对f(x)-f(2-x)=0求导,得f′(x)+f′(2-x)=0,则函数f′(x)的图象关于点(1,0)对称,所以ABC错误,D正确.故选D.]
14.已知函数f(x)=2|x-1|+(x-1)2,若f(log3a)>f(2),则实数a的取值范围是( )
A.∪(9,+∞)
B.(-∞,1)∪(9,+∞)
C.∪(9,+∞)
D.(0,1)∪(9,+∞)
D [由f(x)=2|x-1|+(x-1)2可得f(x+1)=2|x|+x2,则f(-x+1)=2|-x|+(-x)2=2|x|+x2=f(x+1),
所以函数y=f(x+1)是偶函数,则函数y=f(x+1)的图象关于直线x=0对称,
所以函数f(x)的图象关于直线x=1对称.
又当x≥1时,f(x)=2x-1+(x-1)2在[1,+∞)上单调递增,则f(x)在(-∞,1)上单调递减,若f(log3a)>f(2),
则f(|log3a-1|)>f(|2-1|),
即|log3a-1|>1,所以log3a>2或log3a<0,解得a>9或0<a<1,
所以实数a的取值范围是(0,1)∪(9,+∞).故选D.]
15.已知函数f(x)的定义域为R,若f(x+1)-2为奇函数,且f(1-x)=f(3+x),则f(2 023)=________.
2 [因为f(x+1)-2为奇函数,
所以f(x)的图象关于点(1,2)成中心对称.
又f(1-x)=f(3+x),故f(x)的图象关于直线x=2对称,易知f(x)是周期函数,且周期T=4,所以f(2 023)=f(4×505+3)=f(3)=f(1)=2.]
16.(15分)已知定义在R上的偶函数f(x)和奇函数g(x)满足f(x)+g(x)=2x+1.
(1)求f(x),g(x),并证明f(2x)=[g(x)]2+2;
(2)求函数f(x)=f(2x)-2g(x),x∈[-1,1]的最小值.
解:(1)f(x)+g(x)=2x+1①,
所以f(-x)+g(-x)=2-x+1.
又因为f(x)为偶函数,g(x)为奇函数,
所以f(x)-g(x)=2-x+1②.
由①②,得f(x)=2x+2-x,g(x)=2x-2-x,
所以f(2x)=22x+2-2x,[g(x)]2+2=(2x-2-x)2+2=22x+2-2x,所以f(2x)=[g(x)]2+2.
(2)由(1)知f(x)=[g(x)]2-2g(x)+2,x∈[-1,1],
又g(x)=2x-2-x在[-1,1]上单调递增,
所以当x∈[-1,1]时,-≤g(x)≤,
所以当g(x)=1时,f(x)min=1,所以当x∈[-1,1]时,f(x)的最小值为1.
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