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§2.3 函数的奇偶性、周期性
课标要求 1.了解函数奇偶性的含义,了解函数的周期性及其几何意义.2.会依据函数的性
质进行简单的应用.
知识梳理
1.函数的奇偶性
奇偶性 定义 图象特点
一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,
偶函数 都有-x∈D,且 f ( - x ) = f ( x ) ,那么函数f(x)就叫 关于 y 轴 对称
做偶函数
一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果∀x∈D,
奇函数 都有-x∈D,且 f ( - x ) =- f ( x ) ,那么函数f(x)就 关于原点对称
叫做奇函数
2.函数的周期性
(1)周期函数:一般地,设函数f(x)的定义域为D,如果存在一个非零常数T,使得对每一个
x∈D都有x+T∈D,且 f ( x + T ) = f ( x ) ,那么函数y=f(x)就叫做周期函数,非零常数T叫做这
个函数的周期.
(2)最小正周期:如果在周期函数f(x)的所有周期中存在一个最小的正数,那么这个最小正数
就叫做f(x)的最小正周期.
常用结论
1.函数奇偶性常用结论
奇函数在关于原点对称的区间上具有相同的单调性;偶函数在关于原点对称的区间上具有相
反的单调性.
2.函数周期性常用结论
对f(x)定义域内任一自变量x的值:
(1)若f(x+a)=-f(x),则T=2a(a>0).
(2)若f(x+a)=,则T=2a(a>0).
自主诊断
1.判断下列结论是否正确.(请在括号中打“√”或“×”)
(1)若函数f(x)为奇函数,则f(0)=0.( × )
(2)不存在既是奇函数,又是偶函数的函数.( × )
(3)对于函数y=f(x),若f(-2)=-f(2),则函数y=f(x)是奇函数.( × )(4)若T是函数f(x)的一个周期,则kT(k∈N*)也是函数f(x)的一个周期.( √ )
2.(2023·济南统考)若函数f(x)是定义在R上的奇函数,当x>0时,f(x)=x2-6x,则f(-1)等
于( )
A.-7 B.-5 C.5 D.7
答案 C
解析 因为f(x)为奇函数,
所以f(-1)=-f(1)=5.
3.(2023·盐城检测)已知定义在R上的函数f(x)满足f(x+2)=f(x),当x∈[-1,1]时,f(x)=x2
+1,则f(2 024.5)等于( )
A. B. C.2 D.1
答案 B
解析 由f(x+2)=f(x)可知,函数f(x)的周期为2,
当x∈[-1,1]时,f(x)=x2+1,
∴f(2 024.5)=f =f =+1=.
4.已知f(x)是定义在R上的奇函数,其在[0,+∞)上的图象如图所示.则不等式xf(x)>0的解
集为________.
答案 (-2,0)∪(0,2)
解析 根据奇函数的图象关于原点对称,可得f(x)的图象如图所示.
xf(x)>0即图象上点的横坐标与纵坐标同号,且均不为0.
结合图象可知,xf(x)>0的解集是(-2,0)∪(0,2).
题型一 函数奇偶性的判断
例1 (1)(多选)下列函数是奇函数的是( )
A.f(x)=tan x B.f(x)=x2+x
C.f(x)= D.f(x)=ln|1+x|答案 AC
解析 对于A,函数的定义域为,关于原点对称,且f(-x)=tan(-x)=-tan x=-f(x),故
函数为奇函数;
对于B,函数的定义域为R,关于原点对称,且f(-x)=x2-x≠±f(x),故函数为非奇非偶函
数;
对于C,函数的定义域为R,关于原点对称,且f(-x)==-f(x),故函数为奇函数;
对于D,函数的定义域为{x|x≠-1},不关于原点对称,故函数为非奇非偶函数.
(2)已知函数f(x)对任意x,y∈R,都有f(x+y)=f(x)+f(y)+2,则函数f(x)+2为________函
数.(填“奇”“偶”或“非奇非偶”)
答案 奇
解析 由题意得函数f(x)的定义域为R,定义域关于原点对称,
令x=y=0,则f(0)=f(0)+f(0)+2,故f(0)=-2.
令y=-x,则f(0)=f(x)+f(-x)+2,故f(x)+2=-f(-x)-2=-[f(-x)+2].
故f(x)+2为奇函数.
思维升华 判断函数的奇偶性,其中包括两个必备条件
(1)定义域关于原点对称,否则即为非奇非偶函数.
(2)判断f(x)与f(-x)是否具有等量关系,在判断奇偶性的运算中,可以转化为判断奇偶性的
等价等量关系式(f(x)+f(-x)=0(奇函数)或f(x)-f(-x)=0(偶函数))是否成立.
跟踪训练1 (2024·哈尔滨模拟)下列函数中不具有奇偶性的是( )
A.f(x)=x+sin x
B.f(x)=(x-1)
C.f(x)=ln(-x)
D.f(x)=2x+
答案 B
解析 A项,f(x)的定义域为R,由f(-x)=-x+sin(-x)=-f(x)知,f(x)为奇函数;
B项,令≥0,解得x≤-1或x>1,即函数f(x)的定义域为(-∞,-1]∪(1,+∞),不关于原
点对称,即f(x)为非奇非偶函数;
C项,因为x2+1>x2,所以-x>0恒成立,即f(x)的定义域为R,
又f(-x)+f(x)=ln(+x)+ln(-x)=0,故f(x)为奇函数;
D项,f(x)的定义域为R,由f(-x)=f(x)知,f(x)为偶函数.
题型二 函数奇偶性的应用
命题点1 利用奇偶性求值(解析式)
例2 (1)设函数f(x)=x5+2x3+3x+1在区间[-2 025,2 025]上的最大值是M,最小值为m,则
M+m等于( )A.0 B.2 C.1 D.3
答案 B
解析 由题意知,函数f(x)的定义域为R,关于原点对称,
令g(x)=f(x)-1=x5+2x3+3x,
则函数g(x)为奇函数,
∴g(x)在区间[-2 025,2 025]上的最大值与最小值之和为0,
即M-1+m-1=0,
∴M+m=2.
(2)(2023·吕梁统考)已知f(x)是定义在R上的奇函数,且当x<0时,f(x)=e-x+2x-1,则当
x≥0时,f(x)=________.
答案 -ex+2x+1
解析 因为f(x)是定义在R上的奇函数,
则当x=0时,f(0)=0.
当x>0时,-x<0,f(x)=-f(-x)=-(ex-2x-1)=-ex+2x+1,
又f(0)=-e0+2×0+1=0,
则当x≥0时,f(x)=-ex+2x+1.
命题点2 利用奇偶性解不等式
例3 (2023·龙岩模拟)若定义在R上的奇函数f(x)在区间(0,+∞)上单调递增,且f(3)=0,
则满足xf(x-2)<0的x的取值范围为( )
A.(-∞,-1)∪(2,5) B.(-∞,-1)∪(0,5)
C.(-1,0)∪(2,5) D.(-1,0)∪(5,+∞)
答案 C
解析 因为定义在R上的奇函数f(x)在(0,+∞)上单调递增,且f(3)=0,
所以f(x)在(-∞,0)上也单调递增,且f(-3)=0,f(0)=0,
所以当x∈(-∞,-3)∪(0,3)时,f(x)<0,
当x∈(-3,0)∪(3,+∞)时,f(x)>0,
所以由xf(x-2)<0,可得或
解得-10,且a≠1),对应f(x+y)=f(x)f(y)或f(x-y)=;
④对数函数f(x)=log x(a>0,且a≠1),对应f(xy)=f(x)+f(y)或f =f(x)-f(y)或f(xn)=nf(x);
a
⑤正弦函数f(x)=sin x,对应f(x+y)f(x-y)=f2(x)-f2(y),来源于sin 2α-sin 2β=sin(α+
β)sin(α-β);
⑥余弦函数f(x)=cos x,对应f(x)+f(y)=2f f ,来源于cos α+cos β=2cos ·cos ;
⑦正切函数f(x)=tan x,对应f(x±y)=,来源于tan(α±β)=.
典例 (1)(多选)已知函数f(x)的定义域为R,且f(x+y)=f(x)+f(y),当x>0时,f(x)>0,且满
足f(2)=1,则下列说法正确的是( )
A.f(x)为奇函数
B.f(-2)=-1
C.不等式f(2x)-f(x-3)>-2的解集为(-5,+∞)
D.f(-2 024)+f(-2 023)+…+f(0)+…+f(2 023)+f(2 024)=2 023
答案 AB
解析 对于A,令x=y=0,可得f(0)=f(0)+f(0)=2f(0),所以f(0)=0,
令y=-x,得到f(-x)+f(x)=f(0)=0,即f(-x)=-f(x),所以f(x)为奇函数,故A正确;
对于B,因为f(x)为奇函数,
所以f(-2)=-f(2)=-1,故B正确;
对于C,设x>x,x=x,y=-x,
1 2 1 2
可得f(x-x)=f(x)+f(-x),
1 2 1 2
所以f(x)-f(x)=f(x)+f(-x)=f(x-x),
1 2 1 2 1 2
又因为x>x,所以x-x>0,
1 2 1 2
所以f(x-x)>0,即f(x)>f(x),
1 2 1 2
所以f(x)在R上单调递增,因为f(-2)=-1,
所以f(-4)=f(-2-2)=2f(-2)=-2,
由f(2x)-f(x-3)>-2,
可得f(2x)>f(x-3)+f(-4),所以f(2x)>f(x-3-4)=f(x-7),
所以2x>x-7,得到x>-7,
所以f(2x)-f(x-3)>-2的解集为(-7,+∞),
故C错误;
对于D,因为f(x)为奇函数,所以f(-x)+f(x)=0,
所以f(-2 024)+f(2 024)=f(-2 023)+f(2 023)
=…=f(-1)+f(1)=0,
又f(0)=0,故f(-2 024)+f(-2 023)+…+f(0)+…+f(2 023)+f(2 024)=0,故D错误.
(2)已知f(x),g(x)都是定义在R上的函数,对任意x,y满足f(x-y)=f(x)g(y)-g(x)f(y),且
f(-2)=f(1)≠0,则下列说法正确的是( )
A.f(0)=1
B.函数g(2x+1)的图象关于点(1,0)对称
C.g(1)+g(-1)=0
D.若f(1)=1,则f(1)+f(2)+f(3)+…+f(2 023)=1
答案 D
解析 对于A,令x=y=0,代入已知等式得f(0)=f(0)g(0)-g(0)f(0)=0,得f(0)=0,故A
错误;
对于B,取f(x)=sin x,g(x)=cos x,满足f(x-y)=f(x)g(y)-g(x)f(y)及f(-2)=f(1)≠0,
因为g(3)=cos 2π=1≠0,所以g(x)的图象不关于点(3,0)对称,所以函数g(2x+1)的图象不关
于点(1,0)对称,故B错误;
对于C,令y=0,x=1,代入已知等式得f(1)=f(1)g(0)-g(1)f(0),可得f(1)[1-g(0)]=-
g(1)f(0)=0,
结合f(1)≠0得1-g(0)=0,g(0)=1,
再令x=0,代入已知等式得
f(-y)=f(0)g(y)-g(0)f(y),
将f(0)=0,g(0)=1代入上式,得f(-y)=-f(y),
所以函数f(x)为奇函数.
令x=1,y=-1,代入已知等式,得f(2)=f(1)g(-1)-g(1)f(-1),
因为f(-1)=-f(1),所以f(2)=f(1)[g(-1)+g(1)],
又因为f(2)=-f(-2)=-f(1),
所以-f(1)=f(1)[g(-1)+g(1)],
因为f(1)≠0,所以g(1)+g(-1)=-1,故C错误;
对于D,分别令y=-1和y=1,代入已知等式,得以下两个等式:f(x+1)=f(x)g(-1)-
g(x)f(-1),f(x-1)=f(x)g(1)-g(x)f(1),两式相加易得f(x+1)+f(x-1)=-f(x),
所以f(x+2)+f(x)=-f(x+1),
即f(x)=-f(x+1)-f(x+2),
有-f(x)+f(x)=f(x+1)+f(x-1)-f(x+1)-f(x+2)=0,即f(x-1)=f(x+2),
所以f(x)为周期函数,且一个周期为3,
因为f(1)=1,所以f(-2)=1,
所以f(2)=-f(-2)=-1,f(3)=f(0)=0,
所以f(1)+f(2)+f(3)=0,
所以(n)=f(1)+f(2)+f(3)+…+f(2 023)=f(2 023)=f(1)=1,故D正确.
思维升华 (1)利用函数的奇偶性可求函数值或求参数的取值,求解的关键在于借助奇偶性转
化为求已知区间上的函数或得到参数的恒等式,利用方程思想求参数的值.
(2)利用函数的奇偶性可画出函数在其对称区间上的图象,结合几何直观求解相关问题.
跟踪训练2 (1)已知函数f(x)为R上的奇函数,当x≥0时,f(x)=ex+x+m,则f(-1)等于(
)
A.e B.-e C.e+1 D.-e-1
答案 B
解析 因为函数f(x)为R上的奇函数,
则f(0)=e0+0+m=0,解得m=-1,
f(-1)=-f(1)=-(e+1-1)=-e.
(2)若f(x)=sin x+x3+x,则不等式f(x+1)+f(2x)>0的解集是( )
A. B.(1,+∞)
C. D.
答案 C
解析 f(x)的定义域为R,f(-x)=sin(-x)-x3-x=-sin x-x3-x=-f(x),
所以f(x)是奇函数,
f′(x)=cos x+3x2+1>0,
所以f(x)在R上是增函数,
由f(x+1)+f(2x)>0,
得f(x+1)>-f(2x)=f(-2x),
所以x+1>-2x,解得x>-,
所以不等式f(x+1)+f(2x)>0的解集是.
(3)(2023·新高考全国Ⅱ)若f(x)=(x+a)ln 为偶函数,则a等于( )
A.-1 B.0 C. D.1
答案 B解析 方法一 因为f(x)为偶函数,则 f(1)=f(-1),
即(1+a)ln =(-1+a)ln 3,解得a=0.
当a=0时,f(x)=xln .
由(2x-1)(2x+1)>0,
解得x>或x<-,
则其定义域为,关于原点对称.
f(-x)=(-x)ln =(-x)ln =(-x)ln -1=xln =f(x),
此时f(x)为偶函数,符合题意.
故a=0.
方法二 设g(x)=ln ,
易知g(x)的定义域为∪,
且g(-x)=ln =ln =-ln =-g(x),
所以g(x)为奇函数.
若f(x)=(x+a)ln 为偶函数,
则y=x+a也应为奇函数,所以a=0.
题型三 函数的周期性
例4 (1)(2024·安康统考)设f(x)是定义域为R的偶函数,且f(2+x)=f(-x),f =,则f 等于(
)
A.- B.- C. D.
答案 C
解析 因为f(x)是定义域为R的偶函数,
所以f(-x)=f(x),
故f(2+x)=f(-x)=f(x),
所以f(x)的一个周期为2,
故f =f =f =f =.
(2)(2023·泸州模拟)已知定义在R上的函数f(x)的图象关于y轴对称,且周期为3,又f(-1)
=1,f(0)=-2,则f(1)+f(2)+f(3)+…+f(2 025)的值是( )
A.2 024 B.2 023 C.1 D.0
答案 D
解析 因为f(x)的周期为3,
f(-1)=1,则f(2)=f(-1+3)=f(-1)=1,
又f(0)=-2,则f(3)=f(0+3)=f(0)=-2,
因为函数f(x)在R上的图象关于y轴对称,
所以f(x)为偶函数,故f(1)=f(-1)=1,
则f(1)+f(2)+f(3)=0.
故f(1)+f(2)+f(3)+…+f(2 025)=675×0=0.
思维升华 (1)求解与函数的周期有关的问题,应根据题目特征及周期定义,求出函数的周期.
(2)利用函数的周期性,可将其他区间上的求值、求零点个数、求解析式等问题,转化到已
知区间上,进而解决问题.
跟踪训练3 (多选)(2023·深圳模拟)已知非常数函数f(x)的定义域为R,满足f(x+2)+f(x)=
0,f(-x)=-f(x),则( )
A.f(2)=0
B.f(x+4)为偶函数
C.f(x)为周期函数
D.f(x)的图象关于点(-4,0)对称
答案 ACD
解析 因为f(x+2)+f(x)=0,
所以f(x)=-f(x+2),f(x+4)=-f(x+2)=f(x),所以f(x)的一个周期是4,故C正确;
又f(-x)=-f(x),
所以f(x)为奇函数,f(0)=0,
所以f(2)+f(0)=0,即f(2)=0,故A正确;
又f(x)的一个周期为4,且为奇函数,
所以f(x+4)为奇函数,故B不正确;
因为f(x)的图象关于(0,0)对称,所以f(x)的图象也关于点(-4,0)对称,故D正确.
课时精练
一、单项选择题
1.(2023·宁波统考)已知定义在R上的奇函数f(x)满足f(x+2)=f(x),则f(2 024)等于( )
A.-1 B.0 C.1 D.2
答案 B
解析 因为f(x)是定义在R上的奇函数,
所以f(0)=0,
又f(x+2)=f(x),
所以f(x)是周期为2的周期函数,
所以f(2 024)=f(0)=0.2.(2023·全国乙卷)已知f(x)=是偶函数,则a等于( )
A.-2 B.-1 C.1 D.2
答案 D
解析 因为f(x)=为偶函数,
则f(x)-f(-x)=-
==0,
又因为x≠0,可得ex-e(a-1)x=0,
即ex=e(a-1)x,
则x=(a-1)x,即1=a-1,解得a=2.
3.(2023·长沙模拟)已知偶函数f(x)对于任意x∈R都有f(x+2)=f(x),且f(x)在区间[0,1]上单
调递增,则f(-6.5),f(-1),f(0)的大小关系是( )
A.f(-1)0时,y=2-x和y=单调递减,所以f(x)=2-|x|+在(0,+∞)上单调递减,
因为f(2m)0,
解得m∈∪(1,+∞).
二、多项选择题
7.(2023·松原模拟)下列函数中,在定义域内既是奇函数又单调递增的是( )
A.f(x)=x-sin x
B.f(x)=x2cos x
C.f(x)=x+x3
D.f(x)=ln(2-x)-ln(x+2)
答案 AC
解析 对于A,f(-x)=-x-sin(-x)=-x+sin x=-f(x),
所以f(x)是奇函数,
又f′(x)=1-cos x≥0,所以f(x)在R上单调递增,故A正确;
对于B,f(-x)=(-x)2cos(-x)=x2cos x=f(x),所以f(x)是偶函数,故B错误;
对于C,显然y=x与y=x3在R上既是奇函数又单调递增,
所以f(x)=x+x3在R上既是奇函数又单调递增,故C正确;
对于D,f(-x)=ln(2+x)-ln(2-x)=-f(x),
所以 f(x)为(-2,2)上的奇函数,f(x)=ln(2-x)-ln(x+2)=ln =ln,显然f(x)为减函数,故D错误.
8.定义在R上的函数f(x)满足f(x+y)=f(x)+f(y),当x<0时,f(x)>0,则函数f(x)满足( )
A.f(0)=0
B.y=f(x)为奇函数
C.f(x)在R上单调递增
D.f(x-1)+f(x2-1)>0的解集为{x|-20,
1 2 1 2 1 2
即f(x)>f(x),所以函数f(x)在R上单调递减,故C错误;
1 2
对于D,由f(x-1)+f(x2-1)>0,可得f(x-1)>-f(x2-1)=f(1-x2),
由C知函数f(x)在R上单调递减,所以x-1<1-x2,
解得-20的解集为{x|-20,b>0),若f(2 023)=3,则+的最小值为________.
答案
解析 因为函数f(x)满足f(6-x)=f(-x),
所以函数f(x)的周期为6,
又因为f(2 023)=3,
所以f(6×337+1)=f(1)=3,
因为当00,b>0),
则有2a+b=3,
所以+=(2a+b)=≥=,
当且仅当=,即a=,b=时取等号.
四、解答题
13.(2023·银川模拟)已知函数f(x)是偶函数.当x>0时,f(x)=log x的图象过点(3,-1).
a
(1)求实数a的值;
(2)求函数f(x)的解析式;
(3)求不等式f(x)<1的解集.
解 (1)∵当x>0时,f(x)=log x的图象过点(3,-1),
a
∴log 3=-1,解得a=.
a
(2)设x<0,则-x>0,
∴f(-x)= ,又∵f(x)为偶函数,
∴f(x)=f(-x)= .
综上所述,f(x)=
(3)∵f(x)为偶函数,且在(0,+∞)上单调递减,
1= =f ,
∴f(x)<1 f(x),⇒
解得x<-或x>.
故不等式的解集为.
14.(2023·潍坊模拟)设f(x)是定义在R上的奇函数,f(x+2)=-f(x),当0≤x≤1时,f(x)=x.
(1)求f(π)的值;
(2)当-1≤x≤3时,求f(x)的解析式;
(3)当-4≤x≤4时,求方程f(x)=m(-1≤m<0)的所有实根之和.
解 (1)由f(x+2)=-f(x),
得f(x+4)=f((x+2)+2)=-f(x+2)=f(x),
∴f(π)=f(π-4)=-f(4-π)=-(4-π)=π-4.
(2)若-1≤x≤0,则0≤-x≤1,
则f(-x)=-x,
∵f(x)是奇函数,
∴f(-x)=-x=-f(x),
即f(x)=x,-1≤x≤0,
即当-1≤x≤1时,f(x)=x;
若10时,因为f(x)是偶函数,
所以有f(x)=f(-x) 21+x-21-x=m·2-x+n·2x (2x)2(2-n)=m+2,
要想x>0上式恒成立⇒,只需⇒m-n=-4, ⇒
当x<0时,因为f(x)是偶函数,
所以有f(x)=f(-x) 21-x-21+x=m·2x+n·2-x (2-x)2(2-n)=m+2,
要想x<0上式恒成立⇒,只需⇒m-n=-4, ⇒
综上所述,m-n=-4.
16.(2022·新高考全国Ⅱ)已知函数f(x)的定义域为R,且f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y),f(1)=
1,则∑f(k)等于( )
A.-3 B.-2 C.0 D.1
答案 A
解析 因为f(1)=1,
所以在f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y)中,
令y=1,
得f(x+1)+f(x-1)=f(x)f(1),
所以f(x+1)+f(x-1)=f(x),①
所以f(x+2)+f(x)=f(x+1).②
由①②相加,得f(x+2)+f(x-1)=0,
故f(x+3)+f(x)=0,
所以f(x+3)=-f(x),
所以f(x+6)=-f(x+3)=f(x),
所以函数f(x)的一个周期为6.
在f(x+y)+f(x-y)=f(x)f(y)中,令x=1,y=0,得f(1)+f(1)=f(1)f(0),
所以f(0)=2.
令x=y=1,得f(2)+f(0)=f(1)f(1),
所以f(2)=-1.
由f(x+3)=-f(x),
得f(3)=-f(0)=-2,f(4)=-f(1)=-1,
f(5)=-f(2)=1,f(6)=-f(3)=2,
所以f(1)+f(2)+…+f(6)=1-1-2-1+1+2=0,
根据函数的周期性知,∑f(k)=f(1)+f(2)+f(3)+f(4)=1-1-2-1=-3,故选A.