平移伸缩与奇偶性

f(x)+c 上下移、f(x+c) 左右移、-f(x) 与 f(-x) 是两种不同的翻折。对翻折岿然不动的函数,就是偶函数与奇函数。

12 分钟思维方法: 对称

看出对象在某种变换下重复自己,然后只算一半

这一片为什么存在

你已经会画 y=x² 了。可 y=−(x+2)²+1 一出现,很多人又回去列表格描点。这一片要换掉这个习惯:把新函数看成老函数被搬动的结果。顺带处理那个几乎人人栽过的坑——f(x+2) 到底往哪边动。

内容

先说搬动。图像是一堆点,变换问的是:原来在某处的那个特征,现在得站在哪里才能看到?

f(x)+2 改的是输出:算完 f 再加 2,每个点被抬高 2,图像整体上移。这一步符合直觉。

f(x+2) 改的是输入:先把 x 加 2 再喂给 f。要让 f 收到的还是 0(也就是看到老图像在 0 处的样子),你得站在 x=−2。特征跑到了左边。所以内部的 +2 是左移,不是右移。一句话记法:外部作用在 y 上,方向与符号一致;内部作用在 x 上,方向与符号相反——因为你是在补偿输入,不是在推动输入。

伸缩同理。3f(x) 把每个输出乘 3,竖直拉长;f(3x) 让 x 只走三分之一的路就取到原来的值,图像横向压扁成 1/3。

再说两种翻折。−f(x) 是输出取反,图像绕 x 轴上下翻;f(−x) 是输入取反,图像绕 y 轴左右翻。改的东西不同,一般结果也不同。

现在把翻折反过来问:有没有函数翻了等于没翻?

满足 f(−x)=f(x) 的函数,左右翻折后与自己重合,图像关于 y 轴对称——偶函数。满足 f(−x)=−f(x) 的函数,左右翻一次、再上下翻一次才回到自己,合起来等价于绕原点转 180°——奇函数,它的对称中心是原点,不是 y 轴。这两件事经常被写成同一件,其实差一次上下翻。

两个提醒。第一,奇偶说的是这种对称性,跟多项式的次数不是一回事:x²+x 次数为偶,但它既不是偶函数也不是奇函数。第二,绝大多数函数两样都不沾——奇和偶是很强的条件,碰上是运气,不是常态。它们值钱正是因为稀有:一旦确认对称,右半边的信息就白送给你左半边,计算量直接减半。

设 f 的定义域关于原点对称(x 在定义域内则 −x 也在),c>0,a>0,t 表示定义域中任一点。
· g(x)=f(x)+c:点 (t, f(t)) 变为 (t, f(t)+c),上移 c;写成 f(x)−c 则下移 c。
· g(x)=f(x+c):由 g(t−c)=f(t),老图像在 t 处的点搬到 t−c,左移 c;f(x−c) 右移 c。
· g(x)=a·f(x):纵坐标乘 a,竖直伸长 a 倍(a<1 时为压缩)。
· g(x)=f(ax):由 g(t/a)=f(t),横坐标除以 a,横向压缩为原来的 1/a。
· g(x)=−f(x):关于 x 轴翻折;g(x)=f(−x):关于 y 轴翻折。
定义:若对定义域内所有 x 都有 f(−x)=f(x),称 f 为偶函数,图像关于 y 轴对称;若都有 f(−x)=−f(x),称 f 为奇函数,图像关于原点中心对称。两式一般都不成立,此时 f 既非奇也非偶;两式同时成立当且仅当 f 恒等于 0。

跟着做一遍

取 f(x)=x²。(1) 不描点,写出 g(x)=−f(x+2)+1 的顶点与开口方向,再代两个数验证;(2) 判断 h(x)=x³−x 与 p(x)=x²+x 的奇偶性。

  1. 拆开:g(x) = −(x+2)² + 1。三步——内部 +2、外部取负、外部 +1。
  2. 内部 +2 是左移 2:f 的顶点从 x=0 搬到 x=−2。验证 (−2+2)^2 = 0,确实在 x=−2 处取到了老顶点的值。
  3. 若误以为是右移 2,那么 x=0 处该是顶点值 0;但 (0+2)^2 = 4,不是 0。右移的说法被数值直接否掉。
  4. 外部取负:开口由向上翻成向下。外部 +1:整体上移 1,顶点纵坐标 0+1 = 1。所以顶点是 (−2, 1)。
  5. 代回验证:g(−2) = −((−2+2)^2)+1 = 1;g(−1) = −((−1+2)^2)+1 = 0,与顶点旁边下降一格吻合。
  6. h(−x) = (−x)³ − (−x) = −x³ + x = −h(x),故 h 是奇函数。数值验:h(2) = 2^3−2 = 6,h(−2) = (−2)^3−(−2) = −6 = −h(2)。奇函数还必有 h(0) = 0^3−0 = 0。
  7. p(1) = 1^2+1 = 2,p(−1) = (−1)^2+(−1) = 0。p(−1) ≠ p(1),不是偶函数;又 −p(1) = −2 ≠ 0 = p(−1),也不是奇函数。
  8. 顺带看伸缩的内外之别:3f(2) = 3*(2^2) = 12 是纵向拉伸,f(3·2) = (3*2)^2 = 36 是横向压缩后同一横坐标处的值,两者不同。

结果

g(x) 的顶点是 (−2, 1),开口向下;h(x)=x³−x 是奇函数,图像关于原点中心对称;p(x)=x²+x 既非奇也非偶,尽管它的次数 2 是偶数。三个结论全靠「内部改 x、外部改 y」和两种翻折得到,一个点都没描。

它在树上的位置

概念不是一篇一篇平铺的。下面两组是这一片真实的上下游:它靠着什么,又撑起了什么。

它靠着

它撑起

  • 定积分的性质还没写
  • 综合作图还没写

标着「还没写」的那些没有链接,因为没有页面可去。它们不是被锁住的,也不是花钱能打开的:是还没有人把它们写出来——这是我们这边的事,不是你的。

读完之后

这一页是产品里的一天。产品是那棵树:你学到哪、哪块在衰减、明天该学什么。一篇读物回答不了这三个问题,树才回答。

看看那是什么意思