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微专题2 函数的对称性高考数学一轮复习讲义练习
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轴对称
探究1 一个函数的自对称
例 1-1 已知函数f(x-1)为偶函数,且函数f(x)在[-1,+∞)上单调递增,则关于x的不等式f(1-2x)<f(-7)的解集为( A )
A. (-∞,3)B. (3,+∞)
C. (-∞,2)D. (2,+∞)
【解析】 因为f(x-1)为偶函数,所以f(x-1)的图象关于y轴对称,则f(x)的图象关于直线x=-1对称.因为f(x)在[-1,+∞)上单调递增,所以f(x)在(-∞,-1]上单调递减.因为f(1-2x)<f(-7)=f(5),所以-7<1-2x<5,解得x<3.
若函数y=f(x)满足f(a+x)=f(a-x)或f(x)=f(2a-x),则函数y=f(x)的图象关于直线x=a对称.特别地,当a=0时,f(x)=f(-x),则函数y=f(x)的图象关于y轴对称,函数为偶函数.推广:若函数y=f(x)满足f(a+x)=f(b-x),则函数y=f(x)的图象关于直线x= eq \f(a+b,2)对称.
变式 1-1 (2024·萍乡期末)已知定义在R上的函数f(x)在(-∞,2]上单调递增,若函数f(x+2)为偶函数,且f(3)=0,则不等式xf(x)>0的解集为( B )
A. (0,3)
B. (-∞,0)∪(1,3)
C. (-∞,0)∪(3,+∞)
D. (0,1)∪(3,+∞)
【解析】 由函数f(x+2)为偶函数,可知函数f(x)的图象关于x=2对称.又函数f(x)在(-∞,2]上单调递增,故函数f(x)在(2,+∞)上单调递减.由f(3)=0,知f(1)=0,作出函数f(x)的大致图象如图所示.由图可知,当x<0时,由xf(x)>0,可得f(x)<0,则x<0;当x>0时,由xf(x)>0,可得f(x)>0,则1<x<3.综上,不等式xf(x)>0的解集为(-∞,0)∪(1,3).
(变式1-1答)
探究2 两个函数的互对称
例 1-2 (2024·平顶山联考)下列函数中,其图象与函数y=lg2x的图象关于直线x=2对称的是( D )
A. y=lg2(2+x)B. y=lg2(2-x)
C. y=lg2(4+x)D. y=lg2(4-x)
【解析】 设所求函数图象上的任意一点P(x,y),点P关于x=2对称的点为Q(4-x,y),由题意知点Q在y=lg2x的图象上,可得y=lg2(4-x),即函数y=lg2x关于x=2对称的函数解析式为y=lg2(4-x).
函数y=f(x)与y=f(2a-x)的图象关于直线x=a成轴对称.特别地,当a=0时,函数y=f(x)与y=f(-x)的图象关于y轴对称.推广:两个函数y=f(a+x)与y=f(b-x)的图象关于直线x= eq \f(b-a,2)对称.
变式 1-2 若函数y=f(1-x)的图象与函数y=f(2+x)的图象关于直线x=m对称,则m=( D )
A. 3B. eq \f(3,2)
C. -1D. - eq \f(1,2)
【解析】 设点P(x,y)在函数y=f(1-x)的图象上,点P关于直线x=m的对称点为Q(x′,y′),则 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x+x′=2m,,y=y′,))即 eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(x=2m-x′,,y=y′,))则y′=f(1-2m+x′),即y=f(1-2m+x)与y=f(1-x)关于直线x=m对称,则1-2m=2,解得m=- eq \f(1,2).
中心对称
例2 已知函数f(x)(x∈R)满足f(-x)=2-f(x),若函数y= eq \f(x+1,x)与y=f(x)图象的交点为(x1,y1),(x2,y2),…,(x10,y10),则 eq \(∑,\s\up6(10),\s\d4(i=1)) (xi+yi)=_10_.
【解析】 因为函数f(x)(x∈R)满足f(-x)=2-f(x),即满足 eq \f(f(-x)+f(x),2)=1,所以y=f(x)关于点(0,1)对称.又函数y= eq \f(x+1,x)=1+ eq \f(1,x)关于点(0,1)对称,所以函数y= eq \f(x+1,x)与y=f(x)图象的交点(x1,y1),(x2,y2),…,(x10,y10)也关于点(0,1)对称,故交点(x1,y1),(x2,y2),…,(x10,y10)成对出现,且每一对点都关于(0,1)对称,故 eq \(∑,\s\up6(10),\s\d4(i=1)) (xi+yi)=(x1+x2+…+x10)+(y1+y2+…+y10)=0+ eq \f(10,2)×2=10.
(1) 若函数y=f(x)满足f(a+x)+f(b-x)=c,则函数y=f(x)的图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(a+b,2),\f(c,2)))对称.
(2) 两个函数的互对称:函数y=f(x)与y=-f(2a-x)的图象关于点(a,0)成中心对称.特别地,当a=0时,函数y=f(x)与y=-f(-x)的图象关于原点成中心对称.推广:两个函数y=f(x)与y=2b-f(2a-x)的图象关于点(a,b)成中心对称.
变式2 (2024·商洛预测)若y=f(x+1)-2为奇函数,则f(-3)+f(-2)+f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)+f(3)+f(4)+f(5)=( D )
A. -14B. 14
C. -18D. 18
【解析】 因为y=f(x+1)-2为奇函数,所以f(-x+1)-2=-f(x+1)+2,即f(-x+1)+f(x+1)=4,故f(x)的对称中心为(1,2),所以f(-3)+f(5)=f(-2)+f(4)=f(-1)+f(3)=f(0)+f(2)=4,又f(1)+f(1)=4,即f(1)=2,所以f(-3)+f(-2)+f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)+f(3)+f(4)+f(5)=4×4+2=18.
中心对称与轴对称的应用
例3 (1) (2021·新高考Ⅱ卷)已知函数f(x)的定义域为R,f(x+2)为偶函数,f(2x+1)为奇函数,则( B )
A. f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(1,2)))=0B. f(-1)=0
C. f(2)=0D. f(4)=0
【解析】 由函数f(x+2)为偶函数,可得f(2+x)=f(2-x).由函数f(2x+1)为奇函数,可得f(1-2x)=-f(2x+1),所以f(2-x)=-f(x),所以f(x+2)=-f(x),f(x+4)=-f(x+2)=f(x),即f(x)=f(x+4),故函数f(x)是以4为周期的周期函数.因为函数F(x)=f(2x+1)为奇函数,所以F(0)=f(1)=0,故f(-1)=f(3)=f(1)=0,其他三个选项未知.
(2) (2025·漳州一检)(多选)已知定义在R上的函数f(x)不恒等于0,f(π)=0,且对任意的x,y∈R,有f(2x)+f(2y)=2f(x+y)f(x-y),则( ABC )
A. f(0)=1
B. f(x)是偶函数
C. f(x)的图象关于点(π,0)成中心对称
D. 2π是f(x)的一个周期
【解析】 对于A,根据题意,令x=y,得f(2x)+f(2x)=2f(2x)f(0),解得f(0)=1,所以A正确;对于B,令x=-y,得f(2x)+f(-2x)=2f(0)f(2x)=2f(2x),所以f(2x)=f(-2x),即对任意的x∈R满足f(x)=f(-x),即f(x)是偶函数,所以B正确;对于C,令x+y=π,可得f(2π-2y)+f(2y)=2f(π)f(π-2y)=0,即f(x)满足f(2π-x)+f(x)=0,因此f(x)的图象关于点(π,0)成中心对称,所以C正确;由选项C及f(x)是偶函数,可得f(x-2π)+f(x)=0,即f(x)+f(x+2π)=0,所以f(x-2π)=f(x+2π),也即f(x)=f(x+4π),所以4π是f(x)的一个周期,所以D错误.
(1) 如果函数f(x)(x∈D)在定义域内有两条对称轴x=a,x=b(a<b),则函数f(x)是周期函数,且周期T=2(b-a)(不一定是最小正周期,下同).
(2) 如果函数f(x)(x∈D)在定义域内有两个对称中心A(a,0),B(b,0)(a<b),那么函数f(x)是周期函数,且周期T=2(b-a).
(3) 如果函数f(x)(x∈D)在定义域内有一条对称轴x=a和一个对称中心B(b,0)(a≠b),那么函数f(x)是周期函数,且周期T=4|b-a|.
变式3 (2024·济宁一模)设函数f(x)的定义域为R,f(2x-1)为奇函数,f(x-2)为偶函数,当x∈[0,1]时,f(x)=x2-1,则f(2 023)-f(2 024)=( C )
A. -1B. 0
C. 1D. 2
【解析】 因为函数f(x)的定义域为R,f(2x-1)为奇函数,所以f(2x-1)=-f(-2x-1),所以函数f(x)关于点(-1,0)成中心对称,且f(-1)=0.因为f(x-2)为偶函数,所以f(x-2)=f(-x-2),所以函数f(x)关于直线x=-2成轴对称.又因为f(x)=-f(-2-x)=-f(-2+x)=-[-f(-4+x)],所以函数f(x)的周期为4.因为当x∈[0,1]时,f(x)=x2-1,所以f(2 023)=f(4×506-1)=f(-1)=0,f(2 024)=f(4×506)=f(0)=-1,所以f(2 023)-f(2 024)=1.
三次函数的对称中心
例4 (1) 对于定义在D上的函数f(x),点A(m,n)是f(x)图象的一个对称中心的充要条件是:对任意x∈D都有f(x)+f(2m-x)=2n,则函数f(x)=x3+2x2+3x+4图象的一个对称中心为_ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3),\f(70,27)))_.
【解析】 因为f(x)=x3+2x2+3x+4,f(x)+f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3)×2-x))=x3+2x2+3x+4+ eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3)×2-x))3+2 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3)×2-x))2+3 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3)×2-x))+4= eq \f(70,27)×2= eq \f(140,27),所以m=- eq \f(2,3),n= eq \f(70,27).所以 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(2,3),\f(70,27)))是f(x)=x3+2x2+3x+4图象的一个对称中心.
(2) 已知a3-3a2+5a=1,b3-3b2+5b=5,那么a+b的值是_2_.
【解析】 由题意知a3-3a2+5a-3=-2,b3-3b2+5b-3=2,设f(x)=x3-3x2+5x-3,则f(a)=-2,f(b)=2.因为f(x)图象的对称中心为(1,0),所以a+b=2.
三次函数的对称性
(1) 三次函数f(x)=ax3+bx2+cx+d(a≠0)的图象关于点 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,3a),f\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-\f(b,3a)))))成中心对称.
(2) 另外,若y=f(x)的图象关于点(m,n)对称,则y=f′(x)的图象关于x=m成轴对称,点对称函数的导数是轴对称函数,轴对称函数的导数是点对称函数,奇函数的导数是偶函数,偶函数的导数是奇函数,周期函数的导数还是周期函数.
变式4 (多选)已知函数f(x)=x3-3x2+3x,则( AD )
A. f(f(1))=1
B. 函数f(x)的图象关于直线x=1对称
C. 函数f(x)是奇函数
D. 函数f(x)的图象关于点(1,1)中心对称
【解析】 函数f(x)=x3-3x2+3x,所以f(1)=1-3+3=1,所以f(f(1))=f(1)=1,故A正确;f(-x+2)=(-x+2)3-3(-x+2)2+3(-x+2)=-x3+3x2-3x+2≠f(x),故函数f(x)的图象关于直线x=1不对称,故B错误;因为f(-x+2)+f(x)=2,所以函数f(x)的图象关于点(1,1)中心对称,故D正确;由f(-x)=-x3-3x2-3x≠f(x)且f(-x)+f(x)=-x3-3x2-3x+x3-3x2+3x=-6x2≠0,所以函数f(x)是非奇非偶函数,故C错误.
配套精练
1. (2018·全国Ⅱ卷)已知f(x)是定义域为(-∞,+∞)的奇函数,满足f(1-x)=f(1+x).若f(1)=2,则f(1)+f(2)+f(3)+…+f(50)=( C )
A. -50 B. 0
C. 2 D. 50
【解析】 f(x+4)=f(-2-x)=-f(x+2)=-f(-x)=f(x),所以函数周期为4.因为f(1)=2,f(2)=0,f(3)=-2,f(4)=0,所以f(1)+f(2)+f(3)+f(4)=0,所以f(1)+f(2)+…+f(50)=f(1)+f(2)=2.
2. (2024·烟台、德州一模)已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(2-x)=f(x),当0≤x≤1时,f(x)=2x-1,则f(lg212)=( A )
A. - eq \f(1,3) B. - eq \f(1,4)
C. eq \f(1,3) D. eq \f(1,2)
【解析】 定义在R上的奇函数f(x)满足f(2-x)=f(x),则f(x)=-f(x-2),于是f(x)=-f(x-2)=-[-f(x-4)]=f(x-4),即函数f(x)的周期为4.而8<12<16,则3<lg212<4,-1<lg212-4<0,又当0≤x≤1时,f(x)=2x-1,所以f(lg212)=f(lg212-4)=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg2\f(3,4)))=-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(lg2\f(4,3)))=-(2lg2 eq \f(4,3)-1)=- eq \f(1,3).
3. (2021·全国甲卷理)设函数f(x)的定义域为R,f(x+1)为奇函数,f(x+2)为偶函数,当x∈[1,2]时,f(x)=ax2+b,若f(0)+f(3)=6,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(9,2)))=( D )
A. - eq \f(9,4) B. - eq \f(3,2)
C. eq \f(7,4) D. eq \f(5,2)
【解析】 因为f(x+1)为奇函数,所以f(x+1)=-f(-x+1).因为f(x+2)为偶函数,所以f(x+2)=f(-x+2).由f(x+1)=-f(-x+1),得f(x+2)=-f(-x)=f(-x+2),即-f(x)=f(x+2),所以f(x)=-f(x+2)=f(x+4),所以函数f(x)的周期为4.由f(x+1)=-f(-x+1),得f(0)=-f(2).由f(x+2)=f(-x+2),得f(3)=f(1).由f(0)+f(3)=6,得-f(2)+f(1)=6,即-(4a+b)+a+b=6,解得a=-2.由f(x+1)=-f(-x+1),得f(1)=-f(1),即f(1)=0,所以a+b=0,解得b=2,所以f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(9,2)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))=-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))=- eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(-2×\f(9,4)+2))= eq \f(5,2).
4. (2024·泰州预测)已知f(x)是定义在R上的函数,且f(2x-1)为偶函数,f(x-2)为奇函数,当x∈[0,1]时,f(x)= eq \f(1,2x)-1,则f(11)=( C )
A. -1 B. - eq \f(1,2)
C. eq \f(1,2) D. 1
【解析】 因为f(2x-1)为偶函数,所以f(2x-1)=f(-2x-1),即f(x-1)=f(-x-1),所以f(x)=f(-x-2).因为f(x-2)为奇函数,所以f(x-2)=-f(-x-2),所以f(x)=-f(x-2),即f(x+2)=-f(x),所以f(x+4)=-f(x+2)=f(x),所以4为函数f(x)的周期,所以f(11)=f(3).又f(x+2)=-f(x),所以f(3)=-f(1)= eq \f(1,2),即f(11)= eq \f(1,2).
5. (2024·新乡二模)已知函数f(x)满足f(x+y+1)=f(x)+f(y),则下列结论一定正确的是( B )
A. f(x)+1是奇函数 B. f(x-1)是奇函数
C. f(x)-1是奇函数 D. f(x+1)是奇函数
【解析】 因为f(x+y+1)=f(x)+f(y),令x=y=-1,可得f(-1)=f(-1)+f(-1),则f(-1)=0.令y=-2-x,则f(-1)=f(x)+f(-2-x)=0,故f(x)的图象关于点(-1,0)对称,则f(x-1)的图象关于点(0,0)对称,即f(x-1)是奇函数,故B正确;对于C,令x=y=0,可得f(1)=f(0)+f(0),则f(0)= eq \f(1,2)f(1),当f(1)≠2时,f(0)-1≠0,此时f(x)-1不可能是奇函数,由于无法确定f(1)的值,故f(x)-1不一定是奇函数,故C错误;对于A,D,取f(x)=x+1,满足题意,但易知A,D错误.
6. (2024·安庆二模)(多选)已知定义在R上的函数f(x),满足对任意的实数x,y,均有f(x+y)=f(x)+f(y)-1,且当x>0时,f(x)<1,则( ACD )
A. f(0)=1
B. f(1)+f(-1)=1
C. 函数f(x)为减函数
D. 函数y=f(x)的图象关于点(0,1)对称
【解析】 对于A,令x=y=0,则有f(0)=f(0)+f(0)-1,故f(0)=1,故A正确;对于B,令x=1,y=-1,则有f(0)=f(1)+f(-1)-1,故f(1)+f(-1)=2,故B错误;对于C,令y>0,则有f(x+y)-f(x)=f(y)-1,其中x+y>x,f(y)-1<0,令x1=x+y,x2=x,即有对∀x1,x2∈R,当x1>x2时,f(x1)-f(x2)<0恒成立,即函数f(x)为减函数,故C正确;对于D,令y=-x,则有f(0)=f(x)+f(-x)-1,又f(0)=1,故f(x)+f(-x)=2,故函数y=f(x)的图象关于点(0,1)对称,故D正确.
7. (多选)已知f(x)是定义在R上的偶函数,f(x+1)为奇函数,当x∈[-1,0]时,f(x)=k·3x-2,则下列结论正确的是( ABC )
A. f(x)关于点(1,0)对称
B. k=6
C. f(2 026)=-4
D. 2是f(x)的一个周期
【解析】 因为f(x)是偶函数,所以f(-x)=f(x),因为f(x+1)是奇函数,所以f(1-x)=-f(1+x),即f(1-x)+f(1+x)=0,故f(x)关于点(1,0)对称,故A正确;因为f(1-x)+f(1+x)=0,令x=0,得f(1)=0,从而f(-1)=f(1)=0,所以f(-1)=k×3-1-2=0,故k=6,故B正确;因为f(1-x)=f(x-1),所以f(x-1)=-f(x+1),f(x+1)=-f(x+3),即f(x-1)=f(x+3),所以周期T=4,故D错误;f(2 026)=f(4×506+2)=f(2),且x∈[-1,0]时,f(x)=6×3x-2,故f(0)=6×30-2=4,在式子f(x-1)=-f(x+1)中,令x=1,得f(0)=-f(2),所以f(2)=-4,故C正确.
8. (多选)已知函数f(x)对∀x∈R都有f(x)=f(x+4)+f(2),若函数y=f(x+3)的图象关于直线x=-3对称,且对∀x1,x2∈[0,2],当x1≠x2时,都有(x2-x1)(f(x2)-f(x1))>0,则下列结论正确的是( ABC )
A. f(2)=0
B. f(x)是偶函数
C. f(x)是周期为4的周期函数
D. f(3)<f(-4)
【解析】 y=f(x+3)的图象关于直线x=-3对称,故y=f(x)关于y轴对称,f(x)是偶函数,B正确;在f(x)=f(x+4)+f(2)中,令x=-2,得f(-2)=2f(2),因为f(-2)=f(2),所以f(2)=2f(2),解得f(2)=0,A正确;故f(x)=f(x+4),f(x)是周期为4的周期函数,C正确;对∀x1,x2∈[0,2],当x1≠x2时,都有(x2-x1)(f(x2)-f(x1))>0,故f(x)在[0,2]上单调递增,又f(x)是周期为4的周期函数,且f(x)是偶函数,故f(0)=f(-4),f(3)=f(-1)=f(1),因为f(1)>f(0),所以f(3)>f(-4),D错误.
9. 若函数f(x)=(x+3)(2x2+mx+n)对于∀x∈R都有f(2-x)+f(x)=0,则2m+n=_-14_.
【解析】 由对于∀x∈R都有f(2-x)+f(x)=0,得函数f(x)图象的对称中心为(1,0),显然f(-3)=0,则f(5)=0,于是f(x)=2(x+3)(x-1)(x-5)=(x+3)(2x2-12x+10),因此m=-12,n=10,所以2m+n=-24+10=-14.
10. 我们知道,函数y=f(x)的图象关于坐标原点成中心对称图形的充要条件是函数y=f(x)为奇函数,有同学发现可以将其推广为:函数y=f(x)的图象关于点P(a,b)成中心对称图形的充要条件是函数y=f(x+a)-b为奇函数. 已知函数f(x)=ln eq \f(4-x,x)+2x,则函数y=f(x)的对称中心为_(2,4)_.
【解析】 由 eq \f(4-x,x)>0⇒x(x-4)<0⇒0<x<4,知函数f(x)=ln eq \f(4-x,x)+2x的定义域为(0,4).令g(x)=f(x+2)-4=ln eq \f(2-x,x+2)+2x,由0<x+2<4⇒-2<x<2,知函数g(x)的定义域为(-2,2),关于原点对称.又g(-x)=ln eq \f(2+x,2-x)-2x=-ln eq \f(2-x,2+x)-2x=-g(x),所以g(x)是奇函数,即f(x+2)-4是奇函数,所以函数y=f(x)的对称中心为(2,4).
11. 已知定义在R上的两个函数f(x)和g(x)满足f(x)+g(1-x)=3,g(x)+f(x-3)=3.若y=g(x)的图象关于点(1,0)对称,则f(0)=_3_.
【解析】 函数g(x)的定义域为R,且y=g(x)的图象关于点(1,0)对称,所以g(x)+g(2-x)=0,所以g(1)=0,又f(x)+g(1-x)=3,当x=0时,f(0)+g(1)=3,所以f(0)=3.
12. (2024·淮安、连云港期末)已知函数f(2x+1)为奇函数,f(x+2)为偶函数,且当x∈(0,1]时,f(x)=lg2x,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(19,2)))=_1_.
【解析】 由函数f(2x+1)为奇函数,得f(2x+1)+f(-2x+1)=0.又f(x+2)为偶函数,所以f(x)的图象关于点(1,0)对称,且关于直线x=2对称,即f(2-x)=-f(x),f(x+2)=f(-x+2),则f(x+2)=-f(x),所以f(x+4)=f(x),即函数f(x)的周期为4,则f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(19,2)))=f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(3,2)))=-f eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(1,2)))=-lg2 eq \f(1,2)=1.
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