一般地,对于一个函数f(x),如果存在常数T(T≠0),使得当x在域D中取任意值时,f(x T) = f(x)成立,则 函数f(x)称为周期函数,常数T称为函数f(x)的周期。 对于一个周期函数f(x),如果在所有周期中都存在最小正数,则最小正数称为函数f(x)的最小正周期
如何正确理解 “当x在域D中取任意值时,f(xT)=f(x)成立”这个概念,首先要区分“任意”和“存在”的结论。 比如判断函数f(x)=sinx(x≠0)是否为周期函数。 我们知道f(x)=sinx(x∈R)是一个周期为2π的周期函数。 但需要注意的是,在定义域中去掉0后,当x=-2π时,f(x 2π)=f(0)就没有意义了。 所以这个函数不是周期函数, 因为有一个地方不符合要求,不符合“任意”二字。 也就是说,周期性应该是函数的整体性质,不存在部分满足周期性的函数。
在概念上进一步深挖这句话,我们可以得到一个隐含条件“如果x∈D,则必有x T∈D”。 于是我们有这样的结论:“若函数f(x)存在正周期T,则其定义域必为正无界,即自变量的值能趋于正无穷大;若函数f( x)有一个负周期T,它的定义域必须是负无界的,即自变量的取值可以趋于负无穷大。” 所以对于像y=sinx这样既有正周期又有负周期的函数,它的定义域必须能够趋于正无穷大和负无穷大。 所以在判断一个函数是否为周期函数时,可以以定义域为前提。
(1)是否所有的周期函数都必然有一个最小正周期? 事实上,并非如此。 比如函数y=sinx(x≤0),因为满足sin(x-2kπ) = sinx(k∈N * ),所以它有一个负循环-2kπ(k∈N *),但是有 没有正循环,也没有最小正周期。
那么,如果把这个命题改成“所有周期为正的周期函数必定有一个最小的正周期”,是否正确呢? 其实还是可以找到反例的,比如常值函数y=1(x∈R),显然任何正实数都是它的正周期,但是没有最小正周期。
我们不妨更进一步,如果把命题改成“所有周期为正的非值函数的周期函数必定有一个最小的正周期”,是否正确呢? 其实这个命题还是错误的,比如狄利克雷函数:
https://baike.baidu.com/item/Dirichlet function/951546?fr=aladdin
所有有理数都是它的周期,自然有正周期。 同时,它也是一个很值的函数,但它仍然没有最小正周期。
(2) 如果函数f(x)有一个周期T,那么kT(k 是非零整数)也一定是f(x)循环? 这个命题很容易被新手同学误认为。 因为如果只关注像y=sinx这样既有正周期又有负周期的函数,是找不到反例的。 其实,对于上面提到的函数y=sinx(x≤0),不难发现,如果T和kT都是它们的周期,则命题中的常数k一定是正整数。 同理,只有正周期没有负周期的函数也是如此。
三、概念的几何解释
从概念上理解,不难理解 得到一个周期函数的图像存在使得特征:如果周期T>0(T<0),函数图像上的任何一点向右(左)平移T个单位后仍然在函数图像上。 为了区分和理解,作者在类Images(图1、图2)中设计了两个函数,其实只要把周期函数的图像特征梳理一下,不难发现它们不是周期性的
至此,我们似乎已经彻底探索了周期函数的形象特征。然而,更多的同学对于周期函数的形象还停留在“重复”、“不断重复”的印象中。 那么,周期函数的形象就一定是同学们所想的“反复”、“反复”吗? ? 我们不妨研究这样一个函数:我们只取周期函数 f(x)=|x-2k| 的图像。 (x∈[2k-1, 2k 1], k∈N)
。 ..(其中m∈N),所以得到图3所示的函数图像。 从形象上看,似乎与“重复”、“重复”的印象不符。 两个相邻的部分不能通过平移重叠,但这确实是一个周期函数,它满足周期的定义:当x在域D中取任意值时,f(x2)=f(x)成立,所以这个它 是一个周期为2的函数。
四、概念的外延
如果定义域为R的函数f(x)和g(x)都是 周期函数,那么f(x)g(x)也一定是周期函数? 对于这个命题,A给出如下答案:假设函数f(x)的周期为T 1 ,函数g(x)的周期为T 2 ,则f(x T 1 )=f(x) , g( x T 2 )=g(x), 所以只需取 T=[T 1 , T 2 ] ([T 1 , T 2 ] 是 T 1 和 T 2 的最小公倍数),则 f (x T) g( x T) = f (x) g (x),所以T是函数f (x) g (x)的周期。 这样的回答,乍一看似乎有道理,但经不起推敲。 如果 T 1 和 T 2 没有最小公倍数。 例如,如果T 1 是无理数,T 2 是有理数,那么就找不到这样的周期性T。 所以这个命题实际上是一个伪命题。 同理,其他四个对两个周期函数的算术运算也是如此。
反之,如2016年上海高考试卷第18题,判断命题真假:设 f (x), g (x), h (x) 是定义域为 R 的三个函数,如果 f(x) g(x), f(x) h(x), g(x) h(x) 是 所有周期为T的函数,则f(x),g(x),h(x)是周期为T的函数。此命题为真命题,因为条件中三个函数的周期相等,所以
那么对于定义域为R的两个函数的复合函数y=f(g(x))呢? 不难发现,如果f(x)是周期函数,而g(x)不是,那么函数y=f(g(x))不一定是周期函数; 如果g(x)是周期函数,不管f(x))是周期函数,y=f(g(x))一定是周期函数。
反之,如果 函数y=f(g(x))是周期函数,那么定义域是R中的两个函数f(x)和g(x)中至少有一个是周期函数吗? 事实上,这仍然是一个伪命题。