对于函数y=f(x),如果存在一个不为零的常数T,使得当x取
内的每一个值时,f(x+T)=f(x)都成立,那么就把函数y=f(x)叫做
,不为零的常数T叫做这个函数的
。事实上,任何一个常数kT(k∈Z,且k≠0)都是它的周期。并且周期函数f(x)的周期T是与x无关的非零常数,且周期函数不一定有最小正周期。
M上的函数,如果存在非零常数T具有性质:f(x+T)=f(x),则称f(x)是数集M上的
,常数T称为f(x)的一个周期。如果在所有正周期中有一个最小的,则称它是函数f(x)的
由定义可得:周期函数f(x)的周期T是与x无关的非零常数,且周期函数不一定有最小正周期,譬如
(1)若T(≠0)是f(x)的周期,则-T也是f(x)的周期。
(2)若T(≠0)是f(x)的周期,则nT(n为任意非零整数)也是f(x)的周期。
(3)若T1与T2都是f(x)的周期,则T1±T2也是f(x)的周期。
T*,那么f(x)的任何正周期T一定是T*的正整数倍。
(5)若T1、T2是f(x)的两个周期,且T1/T2是
,则f(x)不存在最小正周期。
(6)周期函数f(x)的定义域M必定是至少一方无界的
周期函数定理,一共分一下几个类型。
若f(x)是在集M上以T*为最小正周期的周期函数,则K f(x)+C(K≠0)和1/ f(x)分别是集M和集{X/ f(x) ≠0,X ∈M}上的以T*为最小正周期的周期函数。
∴K f(x)+C也是M上以T*为周期的周期函数。
假设T* 不是Kf(x)+C的最小
∴T’是f(x)的周期,与T*是f(x)的最小正周期矛盾,∴T*也是K f(x)+C的最小正周期。
同理可证1/ f(x)是集{X/ f(x) ≠0,X }上的以T*为最小正周期的周期函数。
若f(x)是集M上以T*为最小正周期的周期函数,则f(ax+n)是集{x|ax+b∈M}上的以T*/ a为最小正周期的周期函数,(其中a、b为常数)。
先证f(ax+b)的周期。
再证是f(ax+b)的最小正周期。
∴T’是f(x)的周期,但 T’<T*这与T*是f(x)的最小正周期矛盾。
∴不存在T’/a(0<T’<T*;)是f(ax+b)的周期,即f(ax+b)的最小正周期为
设f(u)是定义在集M上的函数,u=g(x)是集M1上的周期函数,且当X∈M1时,g(x)∈M,则复合函数f(g(x))是M1上的周期函数。
∴=f(g(x))是M1上的周期函数。
R上的周期函数,则f(g(x))=cos2x是R上的周期函数。
证:假设cos 是周期函数,则存在T>0使cos (k∈Z) 与定义中T是与X无关的常数矛盾,
∴cos 不是周期函数。
由例2、例3说明,若f(u)是周期函数,u= g(X)是非周期函数,这时f(g(x))可能是,也可能不是周期函数。
设f1(x)、f2(x)都是
M上的周期函数,T1、T2分别是它们的周期,若T1/T2∈Q则它们的和差与积也是M上的周期函数,T1与T2的公倍 数为它们的周期。
T为周期的周期函数。同理可证:f1(x)、f2(x)是以T为周期的周期函数。
设f1(x) 、f2(x)……fn(x) 是集合M上的有限个周期函数T1、T2……Tn分别是它们的周期,若, … (或T1,T2……Tn中任意两个之比)都是有理数,则此n个函数之和、差、积也是M上的周期函数。
讨论f(X)= 的周期性。
解:2tg3 是以T1= 为最小正周期的周期函数。
5tg 是以T2 为最小正周期的周期函数。
tg2 是以T3=为最小正周期的周期函数。
(T1、T2、T3)=为最小正周期的周期函数。
若a1/a2∈Q,设T1、T2分别为f1(x)与f2(x)的最小正周期 ,由定理4,可得f1(x)与f2(x)之和、差、积是周期函数。
再证必要性(仅就f1(x)与f2(x)的差和积加以证明)。
由上述⑵与⑶,⑷与⑸都分别至少有一个成立。
∴无论⑵、⑷、⑹中那一式成立都有a1/a2。
⑵设sinaxcosa2x为周期函数,则 是周期函数。
周期函数的判定方法分为以下几步:
例:f(x)=cosx(≤10)不是周期函数。
(2)根据定义讨论函数的周期性可知非零实数T在关系式f(x+T)= f(x)中是与x无关的,故讨论时可通过解关于T的方程f(x+T)- f(x)=0,若能解出与x无关的非零常数T便可断定函数f(x)是周期函数,若这样的T不存在则f(x)为非周期函数。
(3)一般用反证法证明。(若f(x)是周期函数,推出矛盾,从而得出f(x)是非周期函数)。
例:证f(x)=ax+b(a≠0)是非周期函数。
例:证f(x)= ax+b是非周期函数。
证:假设f(x)是周期函数,则必存在T(≠0)对 ,有(x+T)= f(x),当x=0时,f(x)=0,但x+T≠0,∴f(x+T)=1,∴f(x+T) ≠f(x)与f(x+T)= f(x)矛盾,∴f(x)是非周期函数。
设函数 f(x)在区间 X 上有定义,若存在一个与 x 无关的正数 T , 则称 f(x)是以 T 为周期的周期函数,把满足上式的最小正数 T 称为函数 f(x)的周期。 二、周期函数的运算性质: ①若T为f(x)的周期,则f(ax+b)的周期为 T/|a| 。 ②若f(x),g(x)均是以T为周期的函数,则f(x)±g(x)也是以T为周期的函数。 ③若f(x),g(x)分别是以T1,T2,T1≠T2为周期的函数,则f(x)±g(x)是以T1,T2的最小公倍数为周期的函数。 三、常见的周期函数有: 解题提示:判别给定函数f(x)是否为周期函数,主要是根据周期的定义,有时也用其运算性质。 |