周期函数是一类重要的特殊函数,其性质受到广泛关注。主要研究集中在其最小正周期的存在性、周期函数和函数的周期性等问题。
周期函数的定义:一般地,对于函数f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内每一个值时,都有f(x+T)=f(x),那么函数f(x)就叫做周期函数,非零常数T叫做这个函数的周期。
根据该定义可得到以下两个性质:
(1)如果f(x)定义在R上,且满足f(x+a)=f(x+b),那么f(x)是|a-b| (a-b≠0) 为周期的周期函数。
证明因为f(x+a)=f(x+b),所以x用x-b代换得:f(x+a-b)=f(x),故命题成立。
(2)如果f(x)定义在R上,且满足f(x+a)=-f(x+b),那么f(x)是2|a-b| (a-b≠0) 为周期的周期函数。
证明因为f(x+a)=-f(x+b),所以x用x-b代换得:f(x+a-b) =-f(x),x再用x+a-b代换得:f(x+2a-2b)=-f(x+a-b),因此f(x+2a-2b)=f(x)故命题成立。
学习周期函数时,经常会遇到以下几个问题:
问题1:函数的周期都是指函数的最小正周期吗?
我们知道,对于函数f(x),如果存在一个非零常数T,使得当x取定义域内的每一个值时,都有f(x+T)=f(x),那么函数f(x)就叫周期函数,非零常数T则称为这个函数的周期。一般地,如果不加特别说明,我们都可以认为周期T是指函数的最小正周期。但若f(x+T)=f(x),此时的T并不一定是函数f(x)的周期。
例如sin(x+π)=sin x对于x=0,π,2π,…都成立,但π并不是f(x)=sin x的周期,因为当x=
时,sin(x+π)≠sin x,f(x)=sin x的周期实际上为2π。
同时,还有些周期函数不存在最小正周期。如狄里克雷函数D(x)=
是没有最小正周期的函数。
问题2:求函数周期的常用方法有哪些?
求周期常用的方法有:定义法,公式法,图象法。
定义法较为简单,我们直接利用定义使f(x+T)=f(x),即可得出函数的周期。
公式法主要是利用公式T=
求出函数的周期。
图像法可以通过下边一个例题来帮助我们了解周期函数。
例:求f(x)=|
|的周期。
解:绘制f(x)=|
|的函数图图像,由图可知函数的周期为。