浅谈函数的对称美

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  众所周知,数学在我们的基础教育中占有很大的份量,是我们的文化中极为重要的组成部分。她不但有智育的功能,也有其美育的功能。数学美深深地感染着人们的心灵,激起人们对它的欣赏。下面从对称角度来欣赏数学美。
  
  一、函数自身的对称性
  
  定理1.函数 y = f (x)的图像关于点A (a ,b)对称的充要条件是f (x) + f (2a-x) = 2b
  证明:(必要性)设点P(x ,y)是y = f (x)图像上任一点,∵点P( x ,y)关于点A (a ,b)的对称点P’(2a-x,2b-y)也在y = f (x)图像上,∴ 2b-y = f (2a-x)
  即y + f (2a-x)=2b故f (x) + f (2a-x) = 2b,必要性得证。
  (充分性)设点P(x0,y0)是y = f (x)图像上任一点,则y0 = f (x0)
  ∵ f (x) + f (2a-x) =2b∴f (x0) + f (2a-x0) =2b,即2b-y0 = f (2a-x0)。
   故点P’(2a-x0,2b-y0)也在y = f (x) 图像上,而点P与点P’关于点A (a ,b)对称,充分性得征。
  推论:函数 y = f (x)的图像关于点A (a ,0)对称的充要条件是
   f (x) + f (2a-x) =0
  推论:函数 y = f (x)的图像关于原点A (0,0)对称的充要条件是f (x) + f (-x) = 0
  定理2. 函数 y = f (x)的图像关于直线x = (a+b)/2的充要条件是
   f (a +x) = f (b-x)(证明留给读者)
  推论:函数 y = f (x)的图像关于x=a轴对称的充要条件是f (a+x) = f (a-x)
  推论:函数 y = f (x)的图像关于y轴对称的充要条件是f (x) = f (-x)
  定理3. ①若函数y = f (x) 图像同时关于点A (a ,c)和点B (b ,c)成中心对称(a≠b),则y = f (x)是周期函数,且2| a-b|是其一个周期。
   ②若函数y = f (x) 图像同时关于直线x = a 和直线x = b成轴对称 (a≠b),则y = f (x)是周期函数,且2| a-b|是其一个周期。
  ③若函数y = f (x)图像既关于点A (a ,c) 成中心对称又关于直线x =b成轴对称(a≠b),则y = f (x)是周期函
  数,且4| a-b|是其一个周期。
  
  二、不同函数对称性
  
  定理4. 函数y = f (x)与y = 2b-f (2a-x)的图像关于点A (a ,b)成中心对称。
  定理5. ①函数y = f (x)与y = f (2a-x)的图像关于直线x = a成轴对称。
  ②函数y = f (x)与a-x = f (a-y)的图像关于直线x +y = a成轴对称。
  ③函数y = f (x)与x-a = f (y + a)的图像关于直线x-y = a成轴对称。
  推论:函数y = f (x)的图像与x = f (y)的图像关于直线x = y 成轴对称。
  如果在做题时,只是对题型,套公式,而不去领会问题的实质,很容易将上面两个问题混淆。综上所述,在求解函数对称性问题时,要精细地检查思维过程,提高学生质疑辨析能力,有利于培养学生的思维品质,从而不断提高学生思维能力,进而有利于培养学生思维的创造性。数学之美,还可以从更多的角度去审视,而每一侧面的美都不是孤立的,她们是相辅相成、密不可分的。她需要人们用心、用智慧深层次地去挖掘,更好地体会她的美学价值和她丰富、深隧的内涵和思想,及其对人类思维的深刻影响。如果在学习过程中,我们能与数学家们一起探索、发现,从中获得成功的喜悦和美的享受,那么我们就会不断深入其中,欣赏和创造美。
  (河北遵化市第一中学)
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