函数的对称性判断

前言

判断依据

一般函数[包括三角函数]都适合的判断依据,此方法具有普适性

  • 函数(f(x))关于直线(x=a)对称(Leftrightarrow) (f(x+2a)=f(-x))其等价情形为(f(-x+2a))(=)(f(x))(f(-x+a))(=)(f(x+a))(f(x+2a))(-)(f(-x))(=0)(quad).

  • 函数(f(x))关于点((a,b))对称(Leftrightarrow) (f(x+2a))(+)(f(-x))(=2b)其等价情形为(f(-x+2a))(+)(f(x))(=2b)(f(-x+a))(+)(f(x+a))(=2b)(quad).

【2017全国卷1文科第9题高考真题】已知函数(f(x)=lnx+ln(2-x)),则【】

$A.$在$(0,2)$上单调递增
$B.$在$(0,2)$上单调递减
$C.y=f(x)$的图像关于直线$x=1$对称
$D.y=f(x)$的图像关于点$(1,0)$对称

分析:由于函数(f(x))是复合函数,定义域要使(x>0,2-x>0),即定义域是((0,2))

(f(x)=ln[x(2-x)]=ln[-(x-1)^2+1])

则由复合函数的单调性法则可知,在((0,1))上单增,

((1,2))上单减,故排除(A)(B)

若函数(y=f(x))关于点((1,0))对称,则函数(f(x))必然满足关系:(f(x)+f(2-x)=0)

若函数(y=f(x))关于直线(x=1)对称,则函数(f(x))必然满足关系:(f(x)=f(2-x))

接下来我们用上述的结论来验证,由于(f(x)=lnx+ln(2-x))

(f(2-x)=ln(2-x)+ln(2-(2-x))=ln(2-x)+lnx),即满足(f(x)=f(2-x))

故函数(y=f(x))的图像关于直线(x=1)对称,选(C)

再来验证(D),发现(f(x)+f(2-x)=2[lnx+ln(2-x)] eq 0)(D)选项不满足。故选(C)

正[余]弦型三角函数[或能化为(f(x)=Asin(omega x+phi))]特有判断依据,其他函数不能滥用;

  • 若函数(f(x))关于直线(x=cfrac{pi}{3})对称,则(omega imescfrac{pi}{3}+phi=kpi+cfrac{pi}{2})换句话说,(x=cfrac{pi}{3})能使得(y=sin(omega x+phi))取到最值,注意是最大值或者最小值;(quad)(kin )

  • 若函数(f(x))关于((cfrac{pi}{3},0))对称,则(omega imescfrac{pi}{3}+phi=kpi)换句话说,(x=cfrac{pi}{3})能使得函数(y=sin(omega x+phi))取到(0)(quad)(kin )

函数(f(x)=2cos(omega x+phi)(omega eq 0))对任意(x)都有(f(cfrac{pi}{4}+x)=f(cfrac{pi}{4}-x))成立,则(f(cfrac{pi}{4}))的值为【】

$A.2或0$ $B.-2或2$ $C.0$ $D.-2或0$

分析:由任意(x)都有(f(cfrac{pi}{4}+x)=f(cfrac{pi}{4}-x))成立,可知(x=cfrac{pi}{4})为函数的一条对称轴,

而正弦型或余弦型函数在对称轴处必然会取到最值,故(f(cfrac{pi}{4})=pm 2),选(B)

解后反思:此题目如果不注意函数的性质,往往会想到求(omega)(phi),这样思路就跑偏了。

【2018云南玉溪一模】函数(f(x)=sqrt{3}sin2x+2cos^2x)的一条对称轴为直线【】

$A.x=cfrac{pi}{12}$ $B.x=cfrac{pi}{6}$ $C.x=cfrac{pi}{3}$ $D.x=cfrac{pi}{2}$

分析:(f(x)=2sin(2x+cfrac{pi}{6})+1)

法1:比较繁琐,令(2x+cfrac{pi}{6}=kpi+cfrac{pi}{2})(kin Z),则(x=cfrac{kpi}{2}+cfrac{pi}{6})(kin Z),即对称轴有无数条,

(k=0),得到其中的一条对称轴为(x=cfrac{pi}{6}),当(k)取其他的值时,都不能得到其他的选项,故选(B)

法2:比较简单,利用函数在对称轴处的函数值能取到最值,故只需验证即可,

比如,将(x=cfrac{pi}{12})代入(sin(2x+cfrac{pi}{6})),即(sincfrac{pi}{3}),并不能使得其取到最值(pm 1),故舍去(A)

(x=cfrac{pi}{6})代入(sin(2x+cfrac{pi}{6})),即(sincfrac{pi}{2}),能使得其取到最大值(1),则(B)必然满足;

用同样的方法可以验证其余的选项错误;综上所述,故选(B).

典例剖析

【2021届高三文科月考三用题】已知 (f(x)=sin xcdotcos^{2}x), 下列结论中错误的是 【(quad)

$A.$$f(x)$既是奇函数也是周期函数;
$B.$$f(x)$的最大值为 $frac{sqrt{3}}{3}$;
$C.$$f(x)$的图象关于直线$x=frac{pi}{2}$对称;
$D.$$f(x)$的图象关于点$(pi, 0)$成中心对称;

分析:由于函数不能快速转化为正[余]弦型函数,故采用具有普适性的对称性判定依据;

解: 对于选项 (A)而言,因为函数定义域为(R), 所以由 (f(x)=sin xcos^{2}x)

可得 (f(-x)=-sin xcos^{2}x=-f(x)),所以函数是奇函数;

(f(x+2pi)=sin(x+2pi)cos^{2}(x+2pi)=sin xcos^{2}x=f(x))

所以函数是周期函数[虽然说我们对函数的最小正周期暂时不太清楚],故选项(A) 正确;

对于选项 (C)而言, 因为(f(pi-x)=sin(pi-x)cos^{2}(pi-x)=sin xcos^{2}x=f(x))

所以函数关于 (x=cfrac{pi}{2}) 对称, 故选项(C) 正确;

对于选项 (D)而言,因为 (f(2pi-x)=sin(2pi-x)cos^{2}(2pi-x)=-sin xcos^{2}x=-f(x))

所以函数关于 ((pi, 0)) 对称,故选项(D) 正确;

对于选项 (B)而言,令(sin x=tin [-1,1])

(f(x)=t(1-t^2)=-t^3+t=g(t))(tin [-1,1]),转而求(g(x))的最大值;

(g'(x)=-3t^2+1),令(-3t^2+1>0),得到(-cfrac{sqrt{3}}{3}<t<cfrac{sqrt{3}}{3})

(-3t^2+1<0),得到 (-1<t<-cfrac{sqrt{3}}{3})(cfrac{sqrt{3}}{3}<t<1)

故函数在([-1,-cfrac{sqrt{3}}{3}])上单调递减,在([-cfrac{sqrt{3}}{3},cfrac{sqrt{3}}{3}])上单调递增,

([cfrac{sqrt{3}}{3},1])上单调递减,且(f(-1)=f(1)=f(0)=0)

故当(t=cfrac{sqrt{3}}{3})时,(g(x)_{max}=g(cfrac{sqrt{3}}{3})=cfrac{2sqrt{3}}{9});即(f(x)_{max}=cfrac{2sqrt{3}}{9})

综上所述,故选(B).

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