【方程图象】理解图象变换本质,图象变换与反函数之间不可告人的关系
先问一个问题,在平面直角坐标系中,将点(x,y)向右平移三个单位,得到的点的坐标是什么?明显小学二年级都知道是(x+3,y)
那么我们把函数y=f(x)的图象向右平移三个单位,得到的解析式是什么呢?根据基本函数变换知识,明显答案是y=f(x-3)
问题来了,同样是向右平移三个单位,为什么点的平移与函数图像的平移存在不同呢?
我们先用两个具体函数y₁=x₁²与y₂=(x₂-3)²来研究一下这个问题。

如图,我们随便代几个点,当x₁=1时,y₁=1²=1,x₂=4时,y₂=(4-1)²=1²=1;当x₁=0时,y₁=0,x₂=3时,y₂=(3-3)²=0
有没有感受到什么?当x₂=x₁+3时,二者的函数值刚好相同,而(x₁+3,y)刚好是(x₁,y)向右平移后的点,将图象上的所有点都向右平移,结果就是整个图象向右平移,而在这个过程中,解析式中“x-3”的作用就是与点的变换中的“x+3”抵消掉,这样说未免有点抽象,于是我们可以把这个概念提炼出来。
定义:f⁻¹(x)为f(x)的“逆运算”,满足关系式f⁻¹(f(x))=x
如:若f(x)=x+3,∵(x+3)-3=x,∴f⁻¹(x)=x-3
这样我们就将上面抽象的概念赋予了具体的符号与运算。
下面我们真正开始研究一般曲线的图象变换
平面直角坐标系中的曲线都可以写成f(x,y)=0的形式,曲线上的任意一点都是方程f(x,y)=0的解, 方程f(x,y)=0的解都是曲线上的点。
那么f(x,y)=0与f[a(x),b(y)]的图象有何联系呢?
假设点(x,y)在f(x,y)=0的图象上,即f(x,y)=0,那么f(a(a⁻¹(x)),b(b⁻¹(y)))=f(x,y)=0,所以点(a⁻¹(x),b⁻¹(y))在方程f(a(x),b(y))=0的图象上
不难看出,f(a(x),b(y))=0的图象是由f(x,y)=0的图象经过a⁻¹(x),b⁻¹(y)所对应的几何变换得到的
有同学可能感到有点奇怪,为什么我上面的定义逆运算函数f⁻¹(x)跟反函数的符号一模一样。其实这两者是一个东西,下面我们给出证明
假设(x₀,y₀)是函数y=f(x)上的一点,则y₀=f(x₀),两边同时新定义的“逆运算”,则f⁻¹(y₀)=x₀,所以(y₀,x₀)在函数y=f⁻¹(x)上,这不就是反函数吗?
我们研究一下刚刚的y=x+3与y=x-3就会发现,其实他们两个也互为反函数,图象关于y=x对称
下面给出几种常见的点的几何变换对应的坐标变换
①左右平移a个单位,(x,y)→(x±a,y),左加右减。
②上下平移a个单位,(x,y)→(x,y
±a),上加下减。
③关于y轴对称,(x,y)→(-x,y)。
④关于x轴对称,(x,y)→(x,-y)。
⑤关于原点对称,(x,y)→(-x,-y)。
⑥绕原点逆时针旋转α角,(x,y)→(xcosα-ysinα,xsinα+ycosα)。
下面是函数图象变换所对应的解析式变换
①左右平移a个单位,y=f(x)→y=f(x±a),左减右加。
②上下平移a个单位,y=f(x)→y±a=f(x),上减下加。
③关于y轴对称,y=f(x)→y=f(-x)。
④关于X轴对称,y=f(x)→-y=f(x)(即y=-f(x),有没有觉得和偶函数一模一样)。
⑤关于原点对称,y=f(x)→-y=f(-x)(即y=-f(x),有没有觉得和奇函数一毛一样)。
⑥将y轴右半部分的图象沿y轴翻折,y=f(x)→y=f(|x|)。
⑦将图像在水平方向拉长a倍,y=f(x)→y=f(x/a)。
⑧绕原点逆时针旋转α角,y=f(x)→ycosα-xsinα=f(xcosα+ysinα)。
在实际问题中,往往还涉及以上变换的复合。例如f(-x+1)。 此类问题的原则是:先计算离X较远的,在计算离X较近的(先远后进)。
那么什么叫远近呢?先跟X进行运算算近,后跟X发生运算算远。例如f(-x+1)中, X先跟-1进行运算,然后再+1,因此它是由f(x)先向左平移一个单位,然后再沿y轴对称得到的。
也可以由复合函数角度来理解,令f(x)=-x,g(x)=x+1,则h(x)=-x+1=g(f(x)),h⁻¹(x)=f⁻¹(g⁻¹(x))【读者自证不难】,所以也是先向左平移,再对称
下面给道练习,f[-(2x+3)] 是由f(x)经过怎样的变换得到的
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答案:先沿y轴对称,再向左平移三个单位,最后将图像压缩到1/2倍
你答对了吗?
再看一下实际应用

原题等价于已知x₁+x₂=0,求f(x₁)+f(x₂)
将两边同时向左移1/2个单位,得到f(x)=-f(-x),故f(x)为奇函数,故选b
也可以像下面这么做
因为f(x-0.5)=-f(0.5-x)=-f(-(x-0.5))
所以f(x)为奇函数。
注意,此题容易有以下错解
因为f(x-0.5)=-f(0.5-x)=-f(-(x-0.5))
所以f(x-0.5)为奇函数,所以f(x)关于(-0.5,0)对称,故选a。
错因:f(x-0.5)中自变量为x,当你把x-0.5当成自变量时,f(x-0.5)其实和f(x)没有区别,所以得到的结果是f(x)为奇函数。
我们其实还可以用这个东西来弄个爱心桃(可以看看我8月发的专栏)
好了,本期到此结束,有问题可以私信或加Q1748475972,求赞૧(●´৺`●)૭

