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函數(shù)的對稱性——《白話高中數(shù)學(xué)——集合、函數(shù)、不等式專題(十)》

 信息熵 2024-11-10
全文收錄于 專輯  《白話高中數(shù)學(xué)》,同時收錄于《集合、函數(shù)、不等式專輯》,點擊可以閱讀全部文章。

一、定義:

1、軸對稱

對于函數(shù)來說,如果在x=a 這條直線的兩邊,向左一個x,向右一個x,它們的函數(shù)值相等:

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也就是滿足如下的數(shù)學(xué)表示:

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此時,我們就說這個函數(shù)f(x)關(guān)于x=a軸對稱。

2、點對稱

對于一個點(ab),向左一個x,向右一個x,它們的函數(shù)值相加是這個點函數(shù)值的二倍,我們就說這個函數(shù)關(guān)于點(a,b)對稱。

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也就是滿足如下數(shù)學(xué)表示:

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則函數(shù)f(x)關(guān)于(ab)點對稱。

注意

偶函數(shù)是軸對稱的一種特例。

軸對稱處,若函數(shù)可導(dǎo),一階導(dǎo)函數(shù)值為零,函數(shù)有極值出現(xiàn)。

奇函數(shù)是點對稱的特例。  

常見的表達(dá)形式如下
軸對稱:
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x=a的兩邊,會有f(a-x)=f(a+x),這就說明函數(shù)f(x)是關(guān)于x=a這條線“軸對稱”的。
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這一點也很好理解:如果x點的函數(shù)值f(x),和另一個點(2a-x)的函數(shù)值f(2a-x)相等,那么就說明這兩個函數(shù)值關(guān)于它們自變量的中間值對稱,它們兩的中間值是(x+2a-x)/2=a。
更進(jìn)一步,假如我們的x取任意值,都能滿足上面的要求,那就說明這個函數(shù)是關(guān)于x=a軸對稱的。
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這種軸對稱的情形和上一個軸對稱相同,由于兩處的函數(shù)值相等,也就意味著這兩個函數(shù)值關(guān)于變量的中間位置對稱唄,這似乎沒啥好說的。
點對稱:
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從點(a,0)開始,自變量向左移動一個x得到的函數(shù)值f(a-x),和向右移動一個x得到的函數(shù)值f(a+x)正好相反,也就是函數(shù)值之和等于0,那這兩個函數(shù)值不就妥妥地關(guān)于點(a,0)對稱嗎?

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同理,如果點x對應(yīng)的函數(shù)值f(x),和(2a-x)對應(yīng)的函數(shù)值f(2a-x)相反,也就意味著這個函數(shù)是關(guān)于它們自變量的中間值對稱的。圖示方法同上,此處略。
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解釋方法同上,如果一個函數(shù)在兩個不同的自變量的時候,函數(shù)值相反,那就說明這個函數(shù)關(guān)于它們自變量的中間值點對稱。
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這一種點對稱情形,如果用圖形來表示,也會變得非常自然:
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其實,你可以把上圖想象成函數(shù)關(guān)于x軸上的點對稱,然后向上平移了一個段距離b而已,也就是說,在x=a這條線左右等距離的兩側(cè),函數(shù)值相加為2b,那就說明,上面這個點的值和下面這個點的值之和是2b,兩點連線的中點值是b。那函數(shù)的對稱點就變成了(a,b).
上面這些式子,都可以通過圖形推理,得以簡單證明。
點對稱,其實就是關(guān)于兩點中點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)對稱。
對稱點,也就是中點,其橫縱坐標(biāo),為對應(yīng)兩點中點的坐標(biāo)。
如果一個函數(shù)是軸對稱的,那么在它的對稱軸上,可能會取得最大或者最小值;也就意味著,如果它平滑可導(dǎo)的話,該函數(shù)在對稱軸處的一階導(dǎo)數(shù)值為0。
如果一個函數(shù)是點對稱的,也就意味著,無論自變量怎么變化,所有函數(shù)值之和的最終結(jié)果,都由對稱點的縱坐標(biāo)的偶數(shù)倍來確定。
感謝您的閱讀,文中若有不妥之處,請留言指正。
如果您有更好的想法,煩請不吝賜教!
以上是《白話高中數(shù)學(xué)系列專題——集合與函數(shù)》合集講義的第十節(jié)內(nèi)容,如果你想獲取集合、函數(shù)部分的全部內(nèi)容,可以點擊下面這個合集的鏈接圖片,按照提示,在頁面打賞20元之后就可以得到可以打印的PDF版本。
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