1.3.2 奇偶性
疱丁巧解牛
知识·巧学·升华
一、函数奇偶性的定义
1.奇函数
一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=-f(x),那么函数f(x)就叫做奇函数.
例如:函数f(x)=x3,它的定义域为R,因f(x)=x3,f(-x)=(-x)3=-x3,所以f(-x)=-f(x),即对于定义域内任意一个x,都有f(-x)=-f(x).所以它是奇函数.
2.偶函数
一般地,如果对于函数f(x)的定义域内任意一个x,都有f(-x)=f(x),那么函数f(x)就叫做偶函数.
例如:函数f(x)=x2,它的定义域为R,因为f(-x)=(-x)2=x2=f(x),即对于定义域的任意一个x都有f(-x)=f(x),所以它是偶函数.
要点提示 注意此处空半格函数的奇偶性是研究f(-x)与f(x)之间关系的,其中f(-x)是把f(x)解析式中的x换成“-x”而得到的.
因为x∈D,-x∈D,所以奇偶函数的定义域必关于原点对称. 因此判断函数奇偶性的关键是先看定义域是否关于原点对称,再看f(-x)与f(x)的关系.
函数包括奇函数、偶函数、非奇非偶函数、既奇又偶函数四类.
二、奇偶函数的图象特征
1.奇函数的图象关于原点成中心对称图形;反之,如果一个函数的图象是以坐标原点为对称中心的中心对称图形,则这个函数是奇函数.
若f(x)为奇函数,(x,f(x))在图象上,则(-x,f(-x))即(-x,-f(x))也在f(x)的图象上.
2.偶函数的图象关于y轴对称;反之,如果一个函数的图象关于y轴对称,则这个函数是偶函数.
若f(x)为偶函数,(x,f(x))在图象上,则(-x,f(-x))即(-x,f(x))也在f(x)的图象上.
如果知道一个函数是奇函数或偶函数,则只要把它的定义域分成关于原点对称的两部分,得出函数在一部分上的性质和图象,就可推出函数在另一部分上的性质和图象.
我们不难发现,如果奇函数y=f(x)的定义域内有零,则由奇偶函数的定义知f(-0)=-f(0),即f(0)=-f(0).∴f(0)=0.
误区警示 注意此处空半格图象关于坐标原点或y轴对称,指的是函数图象本身,而不是两个函数图象之间的关系.
奇函数在关于原点对称区间上的单调性相同,偶函数则相反.
问题·思路·探究
问题 定义域不关于原点对称的函数一定不是奇偶函数;定义域关于原点对称的一定是奇偶函数.这两句话对吗?
思路:定义域关于原点对称,且满足f(-x)=f(x)或f(-x)=-f(x)的函数才是偶函数或奇函数.其中f(-x)=f(x)f(-x)-f(x)=0=1(f(x)≠0),f(-x)=-f(x)f(-x)+f(x)=0=-1(f(x)≠0),
即可利用f(x)与f(-x)的变形形式去证明它的奇偶性.
探究:定义域不关于原点对称的函数一定不是奇偶函数,如函数f(x)=x4+1,x∈[-1,2].由于它的定义域不关于原点对称,当1<x≤2时,-x没有定义,所以它不符合奇、偶函数的定义,故f(x)=x4+1,x∈[-1,2]是非奇非偶函数.
定义域关于原点对称的函数也不一定是奇偶函数.如f(x)=x2+x,g(x)=x3+1,它们的定义域都是R,因为f(-x)=(-x)2+(-x)=x2-x≠f(x)≠-f(x),所以它是非奇非偶函数.同理可证g(x)=x3+1也是非奇非偶函数.
典题·热题·新题
例1 判断下列函数的奇偶性.
(1)f(x)=x+; (2)f(x)=x2+;
(3)f(x)=; (4)f(x)=;
(5)f(x)=
思路解析:判断函数奇偶性的关键是先看定义域是否关于原点对称,再看f(-x)与f(x)的关系.
解:(1)定义域为A={x|x∈R,且x≠0}.
∵对定义域内的每一个x,都有f(-x)=-x+=-(x+)=-f(x),
∴f(x)=x+为奇函数.
(2)定义域为A={x|x∈R,且x≠0}.
∵对定义域内的每一个x,都有f(-x)=(-x)2+=x2+=f(x),
∴函数f(x)=x2+为偶函数.
(3)函数的定义域为A={x|x>0},关于原点不对称,
∴函数f(x)=为非奇非偶函数.
(4)由得x2=1.∴x=±1.
∴函数的定义域为{-1,1}.于是f(x)=0,x∈{-1,1},
满足f(-x)=f(x)=0,f(-x)=-f(x)=0.
∴f(x)既是奇函数,又是偶函数.
(5)分段函数f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),关于原点对称.
当x>0时,-x<0,f(-x)=-(-x)2-1=-(x2+1)=-f(x);
当x<0时,-x>0,f(-x)=(-x)2+1=x2+1=-(-x2-1)=-f(x) .
综上所述,在(-∞,0)∪(0,+∞)上总有f(-x)=-f(x),
∴f(x)是奇函数.
深化升华 注意此处空半格(1)根据函数奇偶性的定义判断,其基本步骤为:
①先看定义域是否关于原点对称,若函数没有标明定义域,应先找到使函数有意义的x的集合,因为它是判断函数奇偶性的一个重要依据,如果一个函数的定义域关于坐标原点不对称,那么这个函数既不是奇函数,也不是偶函数.
②再看f(-x)与f(x)的关系.
③然后得出结论.
(2)定义域关于原点对称,满足f(-x)=-f(x)=f(x)的函数既是奇函数也是偶函数,如f(x)=0,x∈R.
(3)分段函数奇偶性判定方法的关键是搞清x与-x的所在范围,及其对应的函数关系式,并且函数在每一个区间上的奇偶性都应进行判断,而不能以其中一个区间来代替整个定义域.
例2 (2006辽宁高考)设f(x)是R上的任意函数,则下列叙述正确的是( )
A.f(x)f(-x)是奇函数 B.f(x)|f(-x)|是奇函数
C.f(x)-f(-x)是偶函数 D.f(x)+f(-x)是偶函数
思路解析:据奇偶函数性质,易判定f(x)f(-x)是偶函数,f(x)-f(-x)是奇函数,f(x)|f(-x)|的奇偶性取决于f(x)的性质,只有f(x)+f(-x)是偶函数.
答案:D
例3 已知函数y=f(x)(x∈R且x≠0),对于任意两个非零实数x1、x2,恒有f(x1·x2)=f(x1)+f(x2),试判断函数f(x)的奇偶性.
思路解析:对抽象函数奇偶性的判定,因无具体的解析式,因此需要利用给定的函数方程式,对变量x1、x2赋值,将其变成含有f(x)、f(-x)的式子加以判断.
答案:由题意知f(x)的定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),关于原点对称.
令x1=x2=1,得f(1)=f(1)+f(1),即f(1)=0,
令x1=x2=-1,得f(1)=f(-1)+f(-1),即f(-1)=0,
取x1=-1,x2=x,得f(-x)=f(-1)+f(x)=f(x),
∴函数是偶函数.
深化升华 注意此处空半格不管函数的表达式多复杂或有没有给出,判断奇偶性时都要先考虑函数的定义域是不是关于原点对称.对于未给出函数解析式的抽象函数,判断奇偶性的关键是寻求f(-x)与f(x)的关系,为此要给x赋以恰当的值来完成.
例4 若f(x)是定义在R上的奇函数,当x<0时,f(x)=x(1-x),求当x≥0时,函数f(x)的解析式.
思路解析:将x<0时f(x)的解析式转化到x>0上,这是解决本题的关键.
解:由f(x)是奇函数,当x>0时,f(x)=-f(x)=-{(-x)[1-(-x)]}=x(1+x);
当x=0时,f(0)=-f(0),即f(0)=0.
∴当x≥0时,f(x)=x(1+x).
深化升华 注意此处空半格判断分段函数的奇偶性,对x在各个区间上分别讨论,应注意由x的取值范围确定相应的函数表达式,最后要综合得出在定义域内总有f(-x)=f(x)或f(-x)=-f(x),从而判定其奇偶性.
例5 设f(x)在R上是偶函数,在区间(-∞,0)上递增,且有f(2a2+a+1)<f(3a2-2a+1),求a的取值范围.
思路解析:要求a的取值范围,就要布列关于a的不等式(组),因而利用函数的单调性、奇偶性化“抽象的不等式”为“具体的代数式”是关键.
答案:由f(x)在R上是偶函数,在区间(-∞,0)上递增知f(x)在(0,+∞)上递减.
∵2a2+a+1=2(a+)2+>0,3a2-2a+1=3(a-)2+>0,
且f(2a2-2a+1)<f(3a2-2a+1),
∴2a2+a+1>3a2-2a+1,
即a2-3a<0.
解之得0<a<3.
深化升华 注意此处空半格该例在求解过程中,事实上用到了前面提到的减函数定义的逆命题,要善于运用化归的思想解决问题.
例6 (经典回放)函数f(x)=x2+|x-a|+1,x∈R.
(1)讨论f(x)的奇偶性;
(2)求f(x)的最小值.
思路解析:解决此题的关键应寻求对字母a讨论的标准.讨论f(x)的奇偶性,就需要找f(x)、f(-x)的关系.从而发现要对a是否为零展开讨论.(2)求f(x)的最小值,由绝对值的定义展开对a的讨论,分x≤a,x≥a.
解:(1)∵f(x)=x2+|x-a|+1,
∴f(-x)=x2+|x+a|+1.
∴a=0时,f(x)=f(-x).此时f(x)为偶函数.
a≠0时,f(x)≠f(-x)且f(x)+f(-x)=2(x2+1)+|x-a|+|x+a|≠0.
∴f(x)既不是奇函数,也不是偶函数.
(2)①当x≤a时,函数f(x)=x2-x+a+1=(x-)2+a+.
若a≤,则函数f(x)在(-∞,a]上单调递减,从而函数f(x)在(-∞,a]上的最小值为f(a)=a2+1;
若a>,则函数f(x)在(-∞,a]上的最小值为f()=+a,且f(-)≤f(a).
②当x≥a,函数f(x)=x2+x-a+1=(x+)2-a+;
若a≤-,则函数f(x)在[a,+∞]上的最小值为f(-)=-a,且f(-)≤f(a).
若a>-,则函数f(x)在[a,+∞)上单调递增,从而,函数f(x)在[a,+∞)上的最小值f(a)=a2+1.
综上,若a≤-,则f(x)min=-a.
若-<a≤,则f(x)min=a2+1.
若a>,则f(x)min=a+.
深化升华 注意此处空半格分类讨论思想是中学数学的重要思想,利用该思想解题过程中的关键是分类讨论的标准和依据.
例7 已知f(x)、g(x)均为奇函数,且F(x)=af(x)+bg(x)+5在(0,+∞)上有最大值7,则在(-∞,0)上F(x)的最小值为___________________.
思路解析:本题根据已知条件直接去求解是不可取的,因为f(x)和g(x)的具体表达式并没有给出,因此充分利用“f(x)、g(x)均为奇函数”这一条件,构造一个新函数来帮助求解.
解:∵F(x)=af(x)+bg(x)+5在(0,+∞)上有最大值7,
∴F(x)-5=af(x)+bg(x)在(0,+∞)上有最大值2.
由于f(x)、g(x)均为奇函数,所以F(x)-5=af(x)+bg(x)亦为奇函数,故其图象关于原点对称,因此F(x)-5=af(x)+bg(x)在(-∞,0)上有最小值-2,
即F(x)=af(x)+bg(x)+5在(-∞,0)上有最小值3.
答案:3
深化升华 注意此处空半格通过构造出一个辅助函数,利用两个奇函数的和仍为奇函数,结合奇函数的图象与性质,使问题得到巧妙的解决.
例8 已知y=f(x)与y=g(x)的图象如图:
则F(x)=f(x)·g(x)的图象可能是下图中的( )
思路解析:这是一道函数图形题,解题的关键在于从图形中提炼出数学问题,并将其转化成数学条件,再利用该条件解决问题.
解:由已知图象可知,y=f(x)与y=g(x)均为奇函数,
∴F(x)=f(x)·g(x)为偶函数,且定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),故D是错误的.
又∵在y轴的左侧附近有f(x)>0,g(x)<0,∴F(x)<0,
在y轴的右侧附近有f(x)<0,g(x)>0,
∴F(x)<0,故选A.
答案:A
深化升华 注意此处空半格本题是数形结合中的以形助数类型的题,首先从已知图象判断两函数的奇偶性,得出F(x)=f(x)·g(x)为偶函数,其图象是关于y轴对称的,排除D,然后利用在y轴的附近f(x)和g(x)的符号判断出正确的图象.