偶函式性質的推廣

2022-01-24 00:01:53 字數 4572 閱讀 1968

如果函式\(f(x)\)為偶函式,則其必然滿足,\(f(-x)=f(x)\),且有\(f(x)=f(-x)=f(|x|)=f(|x-0|)\);其實在涉及偶函式的考查中,用到最多見的變形是使用\(f(x)=f(-x)=f(|x|)=f(|x-0|)\);

已知函式\(y=f(x)=e^x+e^\),求解不等式\(f(x)>f(2-x)\)中\(x\)的取值範圍。

法1:[分類討論,很繁瑣的思路]

先判斷函式的定義域為\(r\),且為偶函式;

又由於\(x>0\)時,\(e^x>1\)且\(0<\cfrac<1\),則\(f'(x)=e^x-\cfrac>0\),

則可知在\((-\infty,0]\)上單調遞減,在\([0,+\infty)\)上單調遞增。

若針對兩個自變數\(x\)和\(2-x\)分類討論,則得到以下四種情形:

ⅰ.\(\left\\\\\\end\right.\)或\(\quad\)ⅱ.\(\left\\\\\\end\right.\)

或ⅲ.\(\left\\\\\\end\right.\)或\(\quad\)ⅳ.\(\left\\\\\\end\right.\)

解ⅰ得到,\(1;解ⅱ得到,\(x\in \varnothing\);

解ⅲ得到,\(x\ge 2\);解ⅳ得到,\(x\in \varnothing\);

求並集得到\(x\)的取值範圍為\(x>1\),即\(x\in (1,+\infty)\)。

法2:[利用偶函式的性質,簡潔明快]

先判斷函式的定義域為\(r\),在\((-\infty,0]\)上單調遞減,在\([0,+\infty)\)上單調遞增,且為偶函式;

故由\(f(x)>f(2-x)\)變形得到,\(f(|x|)>f(|2-x|)\)

對於偶函式而言,\(f(x)\)

\(=\)

\(f(-x)\)

\(=\)

\(f(|x|)\)

\(=\)

\(f(|x-0|)\),故由\(f(x)\)

\(>\)

\(f(2-x)\)得到,即\(f(|x|)\)

\(>\)

\(f(|2-x|)\),也即\(f(|x-0|)\)

\(>\)

\(f(|2-x-0|)\),

\(\quad\),

又由於\(|x|\)和\(|2-x|\)都位於區間\([0,+\infty)\)上,且已知函式\(f(x)\)在\([0,+\infty)\)上單調遞增,

故得到\(|x|>|2-x|\),則\(x^2>(2-x)^2\),解得\(x>1\)。即\(x\in (1,+\infty)\)。

若函式\(f(x)\)為偶函式,對稱軸為直線\(x=0\);其滿足\(f(x)=f(-x)=f(|x|)\);如果求解\(f(x_1)>f(x_2)\),往往首先轉化為\(f(|x_1-0|)>f(|x_2-0|)\),其中\(|x_1-0|\)和\(|x_2-0|\)的意義分別表示自變數\(x_1\)和\(x_2\)到對稱軸\(x=0\)的距離,然後利用單調性去掉符號法則\(f\)求解即可;

引申,函式\(g(x)\)非偶函式,對稱軸為直線\(x=2\);如果求解\(g(x_1)>g(x_2)\),則利用單調性可以得到\(|x_1-2|\)

\(>\)

\(|x_2-2|\)【或\(|x_1-2|\)

\(<\)

\(|x_2-2|\)】,其中\(|x_1-2|\)和\(|x_2-2|\)的意義分別表示自變數\(x_1\)和\(x_2\)到對稱軸\(x=2\)的距離,再兩邊平方求解即可;

若函式\(f(x)\)為偶函式,則有對稱軸為直線\(x=0\),在\([0,+\infty)\)上單調遞增;如果求解\(f(x_1)>f(x_2)\),則得到\(|x_1-0|>|x_2-0|\);

函式\(g(x)\)非偶函式,對稱軸為直線\(x=2\),在\([2,+\infty)\)上單調遞增;;如果求解\(g(x_1)>g(x_2)\),則得到\(|x_1-2|\)

\(>\)

\(|x_2-2|\);

已知函式\(f(x+2)\)是定義域為\(r\)的偶函式,\(f(x)\)在\((2, +\infty)\)上單調遞減,則不等式\(f(\ln x)-f(1)<0\)的解集是 【\(\quad\)】

$a.(0,1)\cup (3,+\infty)$ $b.(1,3)$ $c.(0,e)\cup (e^3,+\infty)$ $d.(e,e^3)$

法1:利用示意圖影象求解;

由於\(f(x+2)\) 的圖象關於\(y\) 軸對稱,故 \(f(x)\) 的圖象關於直線 \(x=2\) 對稱,

則有\(f(1)=f(3)\),由\(f(\ln x)-f(1)<0\)得到,\(f(\ln x),

又由於\(f(x)\) 在 \((2,+\infty)\) 上單調遞減,可得 \(f(x)\) 在 \((-\infty, 2)\) 上單調遞增,

故得到即\(\ln x<1=\ln e\)或\(\ln x>3=\ln e^3\),

解得 \(0或 \(x>e^\),故選:\(c\).

法2:模擬偶函式的性質求解;

\(f(x+2)\) 的圖象關於 \(y\) 軸對稱,故\(f(x)\)的圖象關於直線 \(x=2\) 對稱,

且\(f(x)\)在在\((-\infty, 2)\)上單調遞增,\((2,+\infty)\)上單調遞減,

由\(f(\ln x)-f(1)<0\)先變形為 \(f(\ln x),

則結合絕對值的定義,得到\(|\ln x-2|>|1-2|=1\)

故自變數的值\(x\)距離對稱軸\(x=2\)越遠,則函式值\(f(x)\)越小;由\(f(\ln x)\)

\(<\)

\(f(1)\),則得到\(|\ln x-2|\)

\(>\)

\(|1-2|\)

即\(|\ln x-2|>1\)

所以\(\ln x-2>1\) 或\(\ln x-2<-1\),即\(\ln x<1=\ln e\)或\(\ln x>3=\ln e^3\),

解得 \(0或 \(x>e^\),故選:\(c\).

【2019 秋·武昌區校級期中】已知定義在 \(r\) 上的函式 \(f(x)\), \(g(x)\), 其中函式 \(f(x)\) 滿足 \(f(-x)=f(x)\) 且在 \([0,+\infty)\) 上單調遞減, 函式 \(g(x)\) 滿足 \(g(1-x)=g(1+x)\) 且在 \((1,+\infty)\) 上單調遞減, 設函式 \(f(x)\)

\(=\)

\(\frac\)

\([f(x)\)

\(+\)

\(g(x)\)

\(+\)

\(|f(x)-g(x)|\)

\(]\), 則對任意 \(x \in r\), 均有【\(\qquad\)】

$a$. $f(1-x) \geq f(1+x)$

$b.$$f(1-x) \leq f(1+x)$

$c.$$f\left(1-x^\right) \geq f\left(1+x^\right)$

$d.$ $f\left(1-x^\right) \leq f\left(1+x^\right)$

解:根據題意, 函式 \(f(x)\) 滿足 \(f(-x)=f(x)\), 則 \(f(x)\) 為偶函式,

又由 \(f(x)\) 在 \([0,+\infty)\) 上單調遞減, 且 \(\left|1-x^\right|\leq\left|1+x^\right|\),

則 \(f\left(1-x^\right)\geq f\left(1+x^\right)\)

由於函式\(f(x)\)是偶函式,則\(f(x)\)

\(=\)

\(f(-x)\)

\(=\)

\(f(|x|)\),由題目可知,\(f(|1-x^2|)\)

\(\geq\)

\(f(|1+x^2|)\),可得\(f(1-x^2)\)

\(\geq\)

\(f(1+x^2)\),此處是逆向思維,由\(|x_1|\)

\(\leqslant\)

\(|x_2|\)得到\(f(x_1)\)

\(\geqslant\)

\(f(x_2)\),平時我們經常用\(f(x_1)\)

\(\geqslant\)

\(f(x_2)\)得到\(|x_1|\)

\(\leqslant\)

\(|x_2|\)

;函式 \(g(x)\) 滿足 \(g(1-x)=g(1+x)\), 即 \(g(x)\) 關於直線 \(x=1\) 對稱,

則 \(g\left(1-x^\right)=g\left(1+x^\right)\) ;

又由 \(f(x)=\cfrac[f(x)+g(x)+|f(x)-g(x)|]=\left\f(x), f(x) \geq g(x) \\ g(x), f(x)

則 \(f(x)\) 示意圖可表示為圖中實線部分,

故將以上兩個結果\(f\left(1-x^\right)\geq f\left(1+x^\right)\) 和 \(g\left(1-x^\right)=g\left(1+x^\right)\)

合二為一,

可得到 \(f\left(1-x^\right) \geq f\left(1+x^\right)\) . 故選: \(c\).

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