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函数的性质与图像

随笔 2020-08-16 02:44:29 魔数师说 44986 0
摘要:本文介绍了函数的单调性、奇偶性、周期性、图像变换及反函数等基本概念,并通过例题演示如何利用复合函数单调性求解函数y=log₂(x²+4x+4)的单调区间,得到其在(-∞,-2)上单调递增的结论。

【相关概念】

1、单调性:设函数$y=f ( {x} )$在区间$[ {a,b} ]$上满足:若${x}_{1},{x}_{2}\in[ {a,b} ]$且${x}_{1}<{x}_{2}$时,恒有$f(x_1)<f(x_2)(f(x_1)>f(x_2))$成立,则称$y=f(x)$在区间$[a,b]$上单调递增(单调递减)函数,称区间$[a,b]$是函数$y=f(x)$的单调递增区间(单调递减区间)。


2、奇偶性:若函数$y=f(x)$对定义域内一切$x$,都有$f(-x)=f(x)$(或$f(-x)=-f(x)$),则称$y=f(x)$为偶函数(或奇函数)。


3、周期性:函数$y=f(x)$满足:对定义域内任意$x$,存在常数$T \neq 0$,使$f(x+T)=f(x)$恒成立 ,则称$y=f(x)$为周期函数,$T$为$y=f(x)$的周期。


4、函数图像:

(1)图像的对称性

(2)平移变换

(3)翻折变换

(4)压缩变换


5、反函数

$从$A$到$B$的映射$f$,满足对$B$中的每个元素,在$A$中都有唯一的元素是它的原象,则把这样的映射叫做从集合$A$到集合$B$的一一映射。

我们称从B到A的映射叫做f的逆映射,记作$f^{-1}:B \to A$,由此确定的函数$x=f^{-1}(y)叫做函数$y=f(x)$的反函数。一般记作$y=f^{-1}(x)$。

(1)反函数的定义域和值域分别为原函数的值域和定义域,其图像关于$y=x$对称。

(2)单调函数一定具有反函数,任何函数在某一单调区间上都存在反函数。

(3)$f^{-1}(f((x))=x$,$f(f^{-1}(y))=y$。


【例题讲解】

例. 试求函数$y=f(x)=log_{0.5}(x^2+4x+4)$的单调区间。

解:由$x^2+4x+4=(x+2)^2>$0知,函数的定义域为$(-\infty ,-2) \cup (-2,+\\infty )$.

令$y=f(u)={log}_{0.5}u$,$u={x}^{2}+4x+4$. 由于$f(u)$在$R^+上$是单调递减函数,$u=x^2+4x+4$在$(-\infty ,-2)$上是减函数,在$(-2,+\infty )$上增函数,那么由复合函数的单调性可知,$y=f(x)=log_{0.5}(x^2+4x+4)$在$(-\infty ,-2)$上是单调增函数。

事实上,令${x}_{1}<{x}_{2}<-2$,则

$f({x}_{2})-f({x}_{1})={log}_{0.5}(\frac {{x}_{2}+2} {{x}_{1}+2})^2$.

由$x_1+2<x_2+2<0$得

$0<\frac{x_2+2}{x_1+2}<1$.

故$0<(\frac{x_2+2}{x_1+2})^2<1$。

由对数函数性质及$0<(\frac{x_2+2}{x_1+2})^2<1$可知

$f({x}_{2})-f({x}_{1})={log}_{0.5}(\frac {{x}_{2}+2} {{x}_{1}+2})^2>0$.

所以,$f(x)$在$(-\infty ,-2)$上单调增函数。

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