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模块 02 · 函数概念与性质

出租车计费:3 公里内 14 元,超过 3 公里每公里 2.4 元——你坐的公里数 x,对应一个车费 y。这种"一个输入对应一个输出"的规则,就是函数。但高中要问的远不止"算多少钱":它什么时候涨得快?关于原点对称吗?每隔多久重复一次?这一站把函数的三要素、四性质、三变换一次讲透,后面所有具体函数(指数、对数、三角)都是在给这个骨架填肉。

本模块思维导图:一个骨架(三要素)+ 四性质 + 图像变换
三要素管"这个函数是什么",四性质管"它脾气怎样",图像变换管"怎么从旧函数造新函数"。复合函数把两个函数串起来,抽象函数不给解析式只给关系——高考压轴最爱考。
函数 f(x) 三要素 定义域/值域/对应法则 单调性 同增异减 奇偶性 f(−x) 关系 对称/周期 轴对称/中心对称/T 图像变换 平移/伸缩/翻折 分段/抽象函数 分段定义/赋值法
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函数三要素:定义域、值域、对应法则 (可参看:定义域与值域深化)(可参看「定义域与值域:先圈地盘再谈其他」深化)

Three Elements · 先问"x 能取谁"

【定义】设 A、B 是非空数集,如果按某种确定的对应关系 f,使对 A 中任意一个 x,在 B 中都有唯一确定的 y 和它对应,就称 f: A → B 是集合 A 到 B 的一个函数。记作 y = f(x),x ∈ A。

① 定义域:x 能取什么值

域四种"不让取"的雷区

求定义域就是列不等式把"雷区"排除。高中常见四种:

1. 分母 ≠ 0:y = 1/(x−2) 要求 x − 2 ≠ 0,即 x ≠ 2。

2. 偶次根号下 ≥ 0:y = √(x+3) 要求 x + 3 ≥ 0,即 x ≥ −3。奇次根号(³√)没限制。

3. 对数真数 > 0:y = log₂(x−1) 要求 x − 1 > 0,即 x > 1。底数 a > 0 且 a ≠ 1。

4. 零次幂底数 ≠ 0:y = (x−1)⁰ 要求 x − 1 ≠ 0。多个限制同时出现时取交集。

例1:求 f(x) = √(x+2) + 1/(x−1) 的定义域
【审题】根号和分母两个限制,取交集。
逐步解法:
① 根号:x + 2 ≥ 0 → x ≥ −2
② 分母:x − 1 ≠ 0 → x ≠ 1
③ 取交集:x ≥ −2 且 x ≠ 1
答案:定义域为 [−2, 1) ∪ (1, +∞)。

② 解析式求法:换元、待定系数、方程组

思三种求解析式的套路

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换元法:已知 f(g(x)) 的表达式求 f(x)。令 t = g(x),反解 x 代回,最后注意 t 的范围。

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待定系数法:已知函数类型,设出带系数的式子,代入已知点列方程解系数。

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方程组法:已知 f(x) 与 f(1/x) 或 f(−x) 的关系式,把 x 换成 1/x 得第二个方程,联立解 f(x)。

例2:已知 f(2x+1) = x² − x,求 f(x)。
【审题】换元法。
逐步解法:
① 令 t = 2x + 1,则 x = (t−1)/2。
② 代入:f(t) = ((t−1)/2)² − (t−1)/2 = (t² − 4t + 3)/4。
答案:f(x) = ¼x² − x + ¾。

① 单调性:函数在涨还是在跌

↗定义法证明单调性的三步

定义:区间 D 内任取 x₁ < x₂,若 f(x₁) < f(x₂) 则单调递增;若 f(x₁) > f(x₂) 则单调递减。

证明三步:取值(设 x₁ < x₂)→ 作差(f(x₁) − f(x₂))→ 变形定号(因式分解/通分,判断差正负)。

复合函数单调性:同增异减 y = f(g(x)),内层 u = g(x)、外层 y = f(u)。内外同增减→复合后增;内外异增减→复合后减。定义域优先。

② 奇偶性:关于原点还是 y 轴对称

±先看定义域,再算 f(−x)

前提:定义域必须关于原点对称。不对称直接非奇非偶。

偶函数:f(−x) = f(x),图像关于 y 轴对称。例:x²、cos x、|x|。

奇函数:f(−x) = −f(x),图像关于原点对称。若 0 在定义域内,则 f(0) = 0。例:x³、sin x。

③ 对称性与周期性

对称与周期的代数表达 轴对称:f(a+x) = f(a−x) ↔ 关于直线 x = a 对称
中心对称:f(a+x) = −f(a−x) ↔ 关于点 (a, 0) 对称
周期性:f(x+T) = f(x)(T ≠ 0) ↔ 每隔 T 重复一次

④ 图像变换:平移、伸缩、翻折

变换从 y = f(x) 变成图像怎么动
左右平移y = f(x + a)a>0 左移;a<0 右移(左加右减)
上下平移y = f(x) + bb>0 上移(上加下减)
横向伸缩y = f(ωx)x 方向变 1/ω 倍
纵向伸缩y = A·f(x)y 方向变 A 倍
关于 x 轴翻折y = −f(x)上下翻转
关于 y 轴翻折y = f(−x)左右翻转
保右翻左y = f(|x|)右半沿 y 轴对称复制
下翻上y = |f(x)|x 轴下方翻到上方

⑤ 分段函数与抽象函数

分段函数:不同区间不同式子,本质是一个函数。求值先看自变量落在哪段。

抽象函数:只给关系不给式(如 f(x+y)=f(x)+f(y))。解法是赋值法:代 0、1、−1、相反数,逼出 f(0)、奇偶性、周期。

例3(进阶):f(x) 是奇函数,x > 0 时 f(x) = x² + x,求 x < 0 时解析式。
【审题】奇函数把未知区间转到已知区间。
逐步解法:
① 设 x < 0,则 −x > 0。
② f(−x) = (−x)² + (−x) = x² − x。
③ 奇函数 f(−x) = −f(x),得 f(x) = −x² + x。
答案:x < 0 时 f(x) = −x² + x。
例4(高考):f(x+y) = f(x) + f(y),f(1) = 2,求 f(3)。
【审题】抽象函数赋值法。
逐步解法:
① 令 x=y=1:f(2)=2+2=4。
② 令 x=2,y=1:f(3)=f(2)+f(1)=6。
答案:f(3) = 6。
例5(综合):f(x) 是偶函数,f(x+2)=f(x),x∈[0,1] 时 f(x)=x,求 f(7.5)。
【审题】周期 2 + 偶,把 7.5 搬到 [0,1]。
逐步解法:
① 周期 2:f(7.5)=f(7.5−8)=f(−0.5)。
② 偶:f(−0.5)=f(0.5)。
③ 0.5∈[0,1],f(0.5)=0.5。
答案:f(7.5)=0.5。
易错诊断

①求定义域漏条件:有根号又有对数,两个限制都列,取交集。
②判断奇偶不看定义域对称:不对称直接非奇非偶。
③奇函数忘 f(0)=0:0 在定义域内必有 f(0)=0。
④平移方向搞反:左加右减,x 加正数往左移。
⑤复合函数单调忘定义域。

记
三句话卡片

① 三要素先抓定义域:分母≠0、根号≥0、对数真数>0、零次幂底数≠0,取交集。

② 四性质:单调看差正负、奇偶先看定义域对称、对称看 f(a±x)、周期看 f(x+T)=f(x)。

③ 图像变换:左加右减、上加下减;|x| 保右翻左,|f(x)| 下翻上。

综合自测(点击选项即时判断)

共 6 题。

1. f(x) = √(x−1) + 1/(2−x) 的定义域是?

2. 下列是奇函数的是?

3. y = f(x) 向右平移 2 个单位得?

4. f(x+3)=f(x) 且 f(1)=5,则 f(13)=?

5. f(x−1) = 2x + 3,则 f(x) = ?

6. f(x) 是偶函数,x≥0 时 f(x)=x²,x<0 时 f(x)=?