函数的对称性及其图像变换

介绍对称性之前首先介绍下抽象函数 $f(x)$,这个含义是:将映射关系 $f$ 作用于括号内的东西,这里就是 $x$。

强调一下,$f$ 作用的对象是括号内的全体,所以不管括号内的式子长什么样子,需要整体看待

一个映射关系 $f$ 就对应一个自变量为 $x$ 的函数图像,作用的结果就是函数值。

举个例子:$f(x),f(x+10)$ 有相同的映射关系 $f$,但这个映射关系作用的对象不同,前者直接作用于自变量 $x$,后者作用

于 $x + 10$,所以两者得到的函数是不同的,因为函数图像是函数值和自变量 $x$ 之间的关系,并不是函数值所作用对象

之间的关系,所以 $f(x),f(x+10)$ 两者的图像不一样。

1. 函数的变换

   之所以会存在这样一个变换,是由于两个函数之间存在一个相同的映射关系 $f$,只是作用的对象不一样,导致图像不一样,但

   因为映射关系相同,所以可以找到它们图像之间的联系,或者说:找能使它们函数值相等的自变量之间的关系

   1)平移变换

      比如:$f(x), f(x + 10)$,这两个图像有什么位置联系呢?

      由于映射关系相同,所以 $f$ 作用于相同的一个值,那函数值必然相同,观察可得:只要函数 $f(x + 10)$ 代入的自变量 $x$

      比代入函数 $f(x)$ 的自变量小 $10$,那它们的函数值就一样,对于它们的自变量全体都有这样的特点,于是可以得到它们图像

      的特点:图像 $f(x+10)$ 右移 $10$ 个单位就是图像 $f(x)$。

      更通俗来讲:因为 $f(x + 10)$ 本身自带了一个增量,所以自变量可以少一点,而 $f(x)$ 本身没有增量,所以自变量要多,两者才能相等。

      总之:针对同一个 $x$,函数 $f(x)$ 代入 $x$,函数 $f(x + 10)$ 代入 $x - 10$,两者函数值相等。

   2)对称变换

      比如:$f(-x + k)$ 和 $f(x + k)$,这两个图像有什么位置关系呢?它们的自变量之间存在怎样的关系,才会使函数值相同呢?

      针对同一个 $x$,可以发现这两个函数的作用对象 $-x+k$ 和 $x+k$ 关于直线 $x = k$ 对称,所以函数 $f(-x+k)$ 代入 $x$,而

      函数 $f(x+k)$ 代入 $x$ 关于直线 $x=k$ 的对称点 $2k - x$(对称的对称,所以作用对象就相同),两者就有相同的函数值。

   3)伸缩变换

      比如:$f(x), f(2x)$,这两个图像有什么位置联系呢?

      这个就和平移变换类似,$f(2x)$ 本身带了一个倍乘,所以自变量需要少一点,可以发现:只要函数 $f(2x)$ 代入的自变量是函

      数$f(x)$  代入的自变量的 $frac{1}{2}$,那么 $f$ 就会作用于相同的值,函数值就相同,对于它们的自变量全体都有这样的特点,于是

      可以得到它们图像的特点:图像 $f(2x)$ 是图像 $f(x)$ 横坐标压缩为原来的 $frac{1}{2}$。

      总之:针对同一个 $x$,函数 $f(x)$ 代入 $x$,函数 $f(2x)$ 代入 $frac{1}{2}x$,两者函数值相等。

2. 函数的对称性

   1)函数关于直线 $x = k$ 对称

      由函数的变换可以知道,$f(x)$ 关于直线 $x = k$ 对称的函数图像为 $f(2k-x)$,既然函数图像自身对称,那么有

$$f(x) = f(2k - x)$$

   2)函数关于点 $(a,b)$ 中心对称

      中心对称是指把一个图形绕着某一点旋转180°,它能够与另一个图形重合。有这样对称性的图像具有什么特点呢?随便画一个图,

      就很容易得到:关于直线 $x = a$ 对称的两个点,其函数值关于直线 $y = b$ 对称,即

$$ f(x) + f(2a - x) = 2b$$

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