前言
抽象函數的性質往往不太好想,所以舉個例子,加以驗證。作為學生,不需要知道那么嚴謹的邏輯證明,只要會用結論就行了。
圖像說明
- 軸對稱函數所舉的例子:\(f(x)=\cfrac{1}{4}(x-2)^2\);具體函數\(\Rightarrow\)抽象函數;
【結論】若函數\(f(x)\)滿足條件\(f(x)=f(4-x)\),
則函數是軸對稱圖形,其對稱軸是\(x=\cfrac{(x)+(4-x)}{2}\)\(=2\);
- 中心對稱函數所舉的例子:\(g(x)=(x-1)^3\);具體函數\(\Rightarrow\)抽象函數;
【結論】若函數\(g(x)\)滿足條件\(g(x)+g(2-x)=0\),
則函數是中心對稱圖形,其對稱中心是\((x_0,y_0)\),
具體坐標算法為\(x_0=\cfrac{(x)+(2-x)}{2}=1\),\(y_0=\cfrac{y_1+y_2}{2}\)\(=\cfrac{g(x)+g(2-x)}{2}\)\(=\cfrac{0}{2}=0\);
邏輯證明
- 函數\(f(x)\)的對稱軸為直線\(x=2\)的充要條件是函數\(f(x)\)滿足\(f(x)=f(4-x)\)。
充分性:函數\(f(x)\)滿足\(f(x)=f(4-x)\),取其上任意一點\((x_0,y_0)\),
則有\(y_0=f(x_0)\),則有\(f(x_0)=f(4-x_0)=y_0\),
說明點\((x_0,y_0)\)和點\((4-x_0,y_0)\)都在函數圖像上,
而這兩個點關於直線\(x=\cfrac{x_0+(4-x_0)}{2}=2\)對稱,
又由於點的任意性可知,函數關於直線\(x=2\)對稱;
必要性:函數\(f(x)\)的對稱軸為直線\(x=2\),
取其上任意一點\((x_0,y_0)\),則有\(y_0=f(x_0)\),
而點\((x_0,y_0)\)關於直線\(x=2\)的對稱點是\((4-x_0,y_0)\),
故有\(y_0=f(x_0)=f(4-x_0)\),即\(f(x_0)=f(4-x_0)\),
又由於點的任意性可知,函數必然滿足\(f(x)=f(4-x)\)。[證畢]
使用方法:
若函數\(f(x)\)滿足\(f(x)=f(2-x)\),
則是關於直線\(x=\cfrac{x+(2-x)}{2}=1\) 對稱的;
自然若函數\(f(x)\)滿足\(f(1-x)=f(1+x)\),
則也是關於直線\(x=\cfrac{(1-x)+(1+x)}{2}=1\) 對稱的;
其實表達式\(f(x)=f(2-x)\)和\(f(1-x)=f(1+x)\)刻畫的是同一回事,
用\(1-x\)替換\(f(x)=f(2-x)\)中的\(x\),就能得到\(f(1-x)=f(1+x)\)。
用此理論,我們還可以主動刻畫函數的對稱性,
其一用圖像刻畫,其二用數學語言表達為\(f(0.5-x)=f(1.5+x)\);
- 函數\(f(x)\)的對稱中心是\((1,1)\)的充要條件是函數\(f(x)\)滿足\(f(x)+f(2-x)=2\)。
充分性:函數\(f(x)\)滿足\(f(x)+f(2-x)=2\),取其上任意一點\((x_0,y_0)\),
則必有\(y_0=f(x_0)\),
又由於點\((x_0,y_0)\)關於點\((1,1)\)的對稱點為\((2-x_0,2-y_0)\),
\(f(x_0)+f(2-x_0)=2\),得到\(y_0+f(2-x_0)=2\),
即\(2-y_0=f(2-x_0)\),說明點\((2-x_0,2-y_0)\)也在函數圖像上,
又由於點的任意性可知,函數圖像上任意點關於點\((1,1)\)的對稱點也在函數圖像上;
必要性:函數\(f(x)\)的對稱中心為點\((1,1)\),
取其上任意一點\((x_0,y_0)\),其在圖像上,則有\(y_0=f(x_0)\),
而其對稱點\((2-x_0,2-y_0)\)也在圖像上,故有\(2-y_0=f(2-x_0)\),
即\(2-f(x_0)=f(2-x_0)\),即\(f(x_0)+f(2-x_0)=2\);
又由於點的任意性可知,函數圖像上任意點都滿足\(f(x)+f(2-x)=2\);[證畢]
使用方法:
若函數\(f(x)\)滿足\(f(x)+f(2-x)=4\),則其關於點成中心對稱,
對稱中心的坐標\((x_0,y_0)\)這樣求解,
\(x_0=\cfrac{x+(2-x)}{2}=1\),\(y_0=\cfrac{f(x)+(2-x)}{2}=2\),
即對稱中心為\((1,2)\);
自然若函數\(f(x)\)滿足\(f(-x)+f(2+x)=2\),則也是關於點\((1,1)\)對稱的,
同理我們也可以這樣刻畫一個函數關於點\((1,1)\)對稱。
我們就說函數滿足條件\(f(0.5-x)+f(1.5+x)=2\)或者\(f(3-x)+f(-1+x)=2\);
典例剖析
所舉的函數例子雖說不是抽象函數,但對稱性的驗證同樣適用。
分析:由於函數\(f(x)\)是復合函數,定義域要使\(x>0,2-x>0\),即定義域是\((0,2)\),
又\(f(x)=ln[x(2-x)]=ln[-(x-1)^2+1]\),則由復合函數的單調性法則可知,
在\((0,1)\)上單增,在\((1,2)\)上單減,故排除\(A\),\(B\);
若函數\(y=f(x)\)關於點\((1,0)\)對稱,則函數\(f(x)\)必然滿足關系:\(f(x)+f(2-x)=0\);
若函數\(y=f(x)\)關於直線\(x=1\)對稱,則函數\(f(x)\)必然滿足關系:\(f(x)=f(2-x)\);
接下來我們用上述的結論來驗證,由於\(f(x)=lnx+ln(2-x)\),
\(f(2-x)=ln(2-x)+ln(2-(2-x))=ln(2-x)+lnx\),即滿足\(f(x)=f(2-x)\),故函數\(y=f(x)\)的圖像關於直線\(x=1\)對稱,選\(C\);
再來驗證\(D\),發現\(f(x)+f(2-x)=2[lnx+ln(2-x)]\neq 0\),\(D\)選項不滿足。故選\(C\)。
分析:令內函數\(g(x)=4x-x^2>0\),得到定義域\((0,4)\),又\(g(x)=-(x-2)^2+4\),故內函數在\((0,2]\)單減,在\([2,4)\)單增,外函數只有單調遞增,故復合函數\(f(x)\)在\((0,2]\)單減,在\([2,4)\)單增,故排除\(A\)、\(B\);
要驗證\(C\)選項,只需要驗證\(f(x)=f(4-x)\)即可,這是\(y=f(x)\)的圖像關於直線\(x=2\)對稱的充要條件;
而\(f(4-x)=lg[4(4-x)-(4-x)^2]=lg(16-4x-16+8x-x^2)=lg(4x-x^2)=f(x)\),故選\(C\)。
若要驗證\(D\)選項,只需要利用\(y=f(x)\)的圖像關於點\((2,0)\)對稱的充要條件,即驗證\(f(x)+f(4-x)=0\)即可。自行驗證,不滿足。
故本題目選\(C\).
