内容正文:
第8讲 函数的奇偶性与周期性
复习目标
1.结合具体函数,了解奇偶性的概念和几何意义.会运用函数图象理解和研究函数的奇偶性.
2.结合三角函数,了解周期性的概念和几何意义.会判断、应用简单函数的周期性解决问题.
3.能综合运用函数的奇偶性、单调性、周期性、对称性等解决相关问题.
教材梳理 夯基础
主干知识
知识点1 函数的奇偶性
奇偶性
定义
图象
偶函数
一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,都有-x∈D,且f(-x)=f(x),那么函数f(x)就叫做偶函数
关于
y轴对称
奇函数
一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,都有-x∈D,且f(-x)=-f(x),那么函数f(x)就叫做奇函数
关于坐标原点对称
[注意点]奇、偶函数定义域的特点是关于原点对称,函数的定义域关于原点对称是函数具有奇偶性的必要不充分条件.
知识点2 函数的周期性
(1)周期函数:一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果存在一个非零常数T,使得对每一个x∈D都有x+T∈D,且f(x+T)=f(x),那么函数f(x)就叫做周期函数.非零常数T叫做这个函数的周期.
(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,那么这个最小的正数就叫做f(x)的最小正周期(若不特别说明,T一般都是指最小正周期).
[注意点]存在一个非零常数T,使f(x+T)=f(x)为恒等式,即自变量x每增加一个T后,函数值就会重复出现一次.
常用结论
函数奇偶性的常用结论
1.如果函数f(x)是奇函数且在x=0处有定义,则f(0)=0;
2.如果函数f(x)是偶函数,则f(-x)=f(x)=f(|x|).
3.如果函数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0∈D,则f(0)=0.
基础自测
类型
回源教材
澄清盲点
结论应用
题号
3
1
2,4
1.(易错辨析)正确的画“√”,错误的画“×”.
(1)函数y=x2在x∈(0,+∞)上是偶函数.( × )
(2)若函数f(x)为奇函数,则一定有f(0)=0.( × )
(3)若T是函数f(x)的一个周期,则nT(n∈Z,n≠0)也是函数f(x)的周期.( √ )
(4)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.( × )
2.设偶函数f(x)满足f(x)=x3-8(x≥0),则{x|f(x-2)>0}=( )
A.{x|x<-2或x>4} B.{x|x<0或x>4}
C.{x|x<0或x>6} D.{x|x<-2或x>2}
【解析】选B.由f(x)=x3-8,知f(x)在[0,+∞)上单调递增,且f(2)=0.由结论2及已知条件可知f(x-2)>0⇒f(|x-2|)>f(2).所以|x-2|>2,解得x<0或x>4.
3.(必修第一册P86习题T11变式)已知函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=x(1+x),则f(-1)=________.
【解析】f(1)=1×2=2,又f(x)为奇函数,所以f(-1)=-f(1)=-2.
答案:-2
4.设函数f(x)=的最大值为M,最小值为m,则M+m=________.
【解析】函数f(x)的定义域为R,f(x)==1+,设g(x)=,则g(-x)=-g(x),所以g(x)为奇函数,由结论3可知,g(x)max+g(x)min=0,所以M+m=[g(x)+1]max+[g(x)+1]min=2+g(x)max+g(x)min=2.
答案:2
考点突破 强技能
考点一 函数奇偶性的判断……题组练通
【例1】(多选题)下列对函数的奇偶性判断正确的是( )
A.f(x)=(x-1)是偶函数
B.f(x)=是奇函数
C.f(x)=-x2+是非奇非偶函数
D.f(x)=是奇函数
【解析】选BD.对于A,由≥0,解得-1≤x<1,
所以该函数的定义域是[-1,1),不关于原点对称,是非奇非偶函数,故A错误;
对于B,设x<0,则-x>0,
所以f(-x)=-x2-x,则f(-x)=-f(x),
同理当x>0时,f(-x)=-f(x),
所以该函数是奇函数,故B正确;
对于C,由x2-3≥0,解得x≥或x≤-,
所以函数的定义域是(-∞,-]∪[,+∞),关于原点对称,又f(-x)=-(-x)2+=-x2+=f(x),
所以该函数是偶函数,故C错误;
对于D,由即
所以该函数的定义域为[-1,0)∪(0,1],f(x)=.
又f(-x)==-=-f(x),
所以该函数是奇函数,故D正确.
解题技法
判断函数的奇偶性的两个必备条件
(1)定义域关于原点对称,否则即为非奇非偶函数.
(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.
题|组|进|阶
1.(2025·芜湖模拟)下列函数中是奇函数的是( )
A.f(x)=x3+1 B.f(x)=ln|x|
C.f(x)=sin(x+) D.f(x)=ex-e-x
【解析】选D.对于A,f(x)=x3+1,f(1)=2,f(-1)=0,故f(x)为非奇非偶函数;
对于B,f(x)=ln|x|,定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),f(-x)=ln|-x|=ln|x|,f(x)为偶函数;
对于C,函数定义域为R,f(x)=sin(x+)=cos x,f(x)为偶函数;
对于D,易知定义域为R,f(x)=ex-e-x,f(-x)=e-x-ex=-f(x),f(x)为奇函数.
2.(多选题)设函数f(x)=,则下列结论正确的有( )
A.|f(x)|是偶函数 B.-f(x)是奇函数
C.f(x)|f(x)|是奇函数 D.f(|x|)f(x)是偶函数
【解析】选ABC.因为f(x)=,定义域为R,则f(-x)==-f(x),所以f(x)是奇函数,|f(x)|为偶函数,-f(x)为奇函数,f(x)|f(x)|为奇函数.
因为f(|-x|)=f(|x|),所以f(|x|)是偶函数,所以f(|x|)f(x)是奇函数.
考点二 函数奇偶性的应用
角度1 利用奇偶性求值(解析式)
【例2】(1)已知函数f(x)是定义域为R的奇函数,当x≥0时,f(x)=2x+2x-a,则f(-1)=( )
A.3 B.-3 C.-2 D.-1
【解析】选B.因为函数f(x)是定义域为R的奇函数,所以f(0)=1-a=0,所以a=1.
又当x≥0时,f(x)=2x+2x-1,所以f(-1)=-f(1)=-(2+2-1)=-3.
(2)已知奇函数f(x)=则g(x)=________.
【解析】当x>0时,-x<0,f(x)=g(x)+1=-f(-x)=-[(-x)2-3-(-x)]=-x2+3x,则g(x)=-x2+3x-1.
答案:-x2+3x-1
角度2 根据函数的奇偶性求参数
【例3】(1)(一题多法)(2023·新高考Ⅱ卷)若f(x)=(x+a)ln 为偶函数,则a=( )
A.-1 B.0 C. D.1
【解析】选B.法一 设g(x)=ln ,易知g(x)的定义域为(-∞,-)∪(,+∞),
且g(-x)=ln =ln =-ln =-g(x),所以g(x)为奇函数.
若f(x)=(x+a)ln 为偶函数,
则y=x+a也应为奇函数,所以a=0.
法二 因为f(x)=(x+a)ln 为偶函数,
f(-1)=(a-1)ln 3,f(1)=(a+1)ln =-(a+1)ln 3,所以(a-1)ln 3=-(a+1)ln 3,解得a=0(经检验,此时f(x)为偶函数).
(2)已知函数f(x)=-为奇函数,则a=________.
【解析】由题意知f(-x)=-f(x),
即-=-(-),整理得=1,
所以解得a=-1.
答案:-1
解题技法
函数奇偶性的应用类型及解题策略
(1)求解析式:先将待求区间上的自变量转化到已知区间上,再利用奇偶性求出f(x)的解析式,或充分利用奇偶性构造关于f(x)的方程式(组),从而得到f(x)的解析式.
(2)求函数值:将待求函数值利用函数的奇偶性转化为已知区间上的函数值求解.
(3)求参数值:利用待定系数法求解,根据f(x)±f(-x)=0得到关于待求参数的恒等式,由系数的对等性,得出参数的值.对于在x=0处有定义的奇函数f(x),可考虑列等式f(0)=0求解.
【训练1】 (1)已知f(x)是定义在R上的偶函数,g(x)是定义在R上的奇函数,且g(x)=f(x-1),则f(2 023)+f(2 025)的值为__________.
【解析】由题意得,g(-x)=f(-x-1),因为f(x)是定义在R上的偶函数,g(x)是定义在R上的奇函数,所以g(-x)=-g(x),f(-x)=f(x),
所以f(x-1)=-f(x+1),
即f(x-1)+f(x+1)=0,所以f(2 023)+f(2 025)=f(2 024-1)+f(2 024+1)=0.
答案:0
(2)(2021·新高考Ⅰ卷)(一题多法)已知函数f(x)=x3(a·2x-)是偶函数,则a=________.
【解析】法一(定义法):因为f(x)=x3(a·2x-)的定义域为R,且是偶函数,所以f(-x)=f(x)对任意的x∈R恒成立,所以(-x)3(a·-2x)=x3(a·2x-)对任意的x∈R恒成立,所以x3(a-1)(2x+)=0对任意的x∈R恒成立,所以a=1.
法二(取特殊值检验法):因为f(x)=x3(a·2x-)的定义域为R,且是偶函数,所以f(-1)=f(1),所以-(-2)=2a-,解得a=1,经检验,f(x)=x3(2x-)为偶函数,所以a=1.
法三(转化法):由题意知f(x)=x3(a·2x-)的定义域为R,且是偶函数.
设g(x)=x3,h(x)=a·2x-,因为g(x)=x3为奇函数,所以h(x)=a·2x-为奇函数,所以h(0)=a·20-=0,解得a=1,经检验,f(x)=x3(2x-)为偶函数,所以a=1.
答案:1
微拓展 函数的对称性
1.奇函数、偶函数的对称性
(1)奇函数关于原点对称,偶函数关于y轴对称.
(2)若f(x+a)是偶函数,则函数f(x)图象的对称轴为直线x=a;若f(x+a)是奇函数,则函数f(x)图象的对称中心为(a,0).
2.若函数y=f(x)满足f(a-x)=f(a+x),则函数的图象关于直线x=a对称;
若函数y=f(x)满足f(a-x)=-f(a+x),则函数的图象关于点(a,0)对称.
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(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(,)中心对称.
类型一 轴对称问题
[典例1](2024·株洲模拟)已知f(x)是定义在R上的奇函数,且函数f(x+1)为偶函数,当-1≤x≤0时,f(x)=x3,则f()等于( )
A. B.- C. D.-
【解析】选A.由函数f(x+1)为偶函数,可得函数f(x)的图象关于直线x=1对称,所以f(2+x)=f(-x),因为f(x)是定义在R上的奇函数,所以f(4+x)=f(-2-x)=-f(2+x)=-f(-x)=f(x),可得函数f(x)的周期为4,所以f()=f()=-f(-)=-(-)3=.
类型二 中心对称问题
[典例2](2024·南京模拟)已知函数y=f(x)的图象既关于直线x=1对称,又关于点(2,0)对称,且当x∈[0,1]时,f(x)=,则f(2 025)=( )
A. B. C.1 D.0
【解析】选B.由题意,函数y=f(x)的图象关于直线x=1对称,则f(2-x)=f(x)①,
又函数y=f(x)的图象关于点(2,0)对称,
所以f(2+x)+f(2-x)=0②,
由①②得,f(2+x)=-f(x),
所以f(4+x)=-f(x+2)=f(x),
即函数f(x)的周期为4.
所以f(2 025)=f(4×506+1)=f(1)=.
类型三 两个函数图象的对称
[典例3]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
【解析】选A.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,而点P(x0,y0)与点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.
考点三 函数的周期性及应用
【例4】(1)已知f(x)是定义在R上的函数,且满足f(x+1)=-,当x∈[-1,1]时,f(x)=|x|,那么当x∈[-7,-5]时,f(x)=( )
A.|x+3| B.|x-3|
C.|x+6| D.|x-6|
【解析】选C.由f(x+1)=-,可知f(x+2)=-=f(x),因此函数的一个周期是2.
当x∈[-7,-5]时,x+6∈[-1,1].
所以f(x)=f(x+6)=|x+6|.
(2)(2024·成都模拟)若函数f(x)满足f(x+2)=-f(x),且当x∈[0,1]时,f(x)=,则f(23)=( )
A.-1 B.- C.0 D.
【解析】选B.因为f(x+2)=-f(x),所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),所以函数f(x)的一个周期为4,所以f(23)=f(4×5+3)=f(3).
又因为f(x+2)=-f(x),所以f(3)=-f(1),当x∈[0,1]时,f(x)=,所以f(1)==,所以f(3)=-f(1)=-.
解题技法
1.利用函数周期性解题的方法
求解函数的周期性问题,首先应根据题意求出函数的周期,利用函数的周期性将函数在未知区间上的函数值、解析式、图象转化到已知区间上.
2.关于函数周期性的常见结论
对f(x)定义域内任意的自变量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).
【训练2】 (1)(多选题)已知定义在R上的偶函数f(x),其周期为4,当x∈[0,2]时,f(x)=2x-2,则( )
A.f(2 024)=-1
B.f(x)的值域为[-1,2]
C.f(x)在[4,6]上单调递减
D.f(x)在[-6,6]上有8个零点
【解析】选AB.f(2 024)=f(506×4)=f(0)=-1,所以A正确;
当x∈[0,2]时,f(x)=2x-2单调递增,所以当x∈[0,2]时,函数的值域为[-1,2],由于函数是偶函数,所以函数的值域为[-1,2],所以B正确;
当x∈[0,2]时,f(x)=2x-2单调递增,又函数的周期是4,所以f(x)在[4,6]上单调递增,所以C错误;
令f(x)=2x-2=0,所以x=1,所以f(1)=f(-1)=0,由于函数的周期为4,所以f(5)=f(-5)=0,f(3)=f(-3)=0,所以f(x)在[-6,6]上有6个零点,所以D错误.
(2)函数f(x)满足f(x)f(x+2)=13,且f(3)=2,则f(2 025)=________.
【解析】因为f(x)f(x+2)=13,所以f(x+2)=,所以f(x+4)===f(x),
所以f(x)的周期为4,所以f(2 025)=f(1)==.
答案:
(3)设f(x)是定义在R上周期为4的偶函数,且当x∈[0,2]时,f(x)=log2(x+1),则函数f(x)在[2,4]上的解析式为________________________.
【解析】根据题意,设x∈[2,4],则x-4∈[-2,0],则有4-x∈[0,2],又x∈[0,2]时,f(x)=log2(x+1),则f(4-x)=log2[(4-x)+1]=log2(5-x),又f(x)为周期为4的偶函数,所以f(x)=f(x-4)=f(4-x)=log2(5-x),x∈[2,4],则有f(x)=log2(5-x),x∈[2,4].
答案:f(x)=log2(5-x),x∈[2,4]
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