怎么判断周期函数和它的周期性,怎么判断周期函数和最小正周期

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  怎么判断周期函数和它的周期性,怎么判断周期函数和最小正周期是判断f(x)的定义域是否有界;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)为非周期函数的。

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怎么判断周期函数和它的周期性,怎么判断周期函数和最小正周期

  判断f(x)的定义域是否有界;

  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。

周期函数判定方法

  周期函数的判定方法分为以下几步:

  (1)判断f(x)的定义域是否有界。

  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。

  例:f(x)=cosx^2 是非周期函数。

  (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。

  证:假设f(x)=ax+b是周期函数,则存在T(≠0),使之成立 ,a(x+T)+b=ax+b ax+aT-ax=0,aT=0 又a≠0,∴T=0与T≠0矛盾,∴f(x)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。

周期函数怎么判断周期

  周期函数定理,总结一共分一下几个类型。

  定理1

  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。

  [2]

  证:

  ∵T*是f(X)的周期,∴对 有X±T* 且f(X+T*)= f(X),∴K f(X)+C=K f(X+T*)+C,

  ∴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的最小正周期,则必存在T’(0<T’<T*)是K f(X)+C的周期,则对T’(0<T’<T*)是K f(X)+C的周期,

  有K f(X+T’)+C=K f(X) +C K[f(X+T’)- f(X)]=0,∵K≠0,∴f(X+T’)- f(X)=0,∴f(X+T’)= f(X),

  ∴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。

  同理可拍行证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。

  定理2

  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)。

  证:

  【先证f(ax+b)的周期】

  ∵T*是f(X)的周期,∴f(x±T*)=f(x),有X±T*∈M,以ax+b替换x得,f(ax±T*+b)=f(ax+b),此时ax+b∈M,提取a为公因式得,f[a(x+T*/a)+b]=f(ax+b)∴T*/a是f(ax+b)的周期。

  再证是f(ax+b)的最小正周期

  假设存在T’/a(0<T’<T*;)是f(ax+b)的周期,

  则f(a(x+T’/a)+b)=f(ax+b),用x/a-b/a替换x,得f(x+T’)=f(x)

  ∴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)的最小正余者周期为T*/ a

  定理3

  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。

  证:

  设T是u=g(x)的周期,则 1有(x±T)∈M1且g(x+T)=g(x) ∴f(g(x+T))=f(g(x))

  ∴=f(g(x))是M1上的周期函数。

  例1

  设=f(u)=u2是非周期函数,u= g(X)=cosx是实数集R上的周期函数,则f(g(x))=cos2x是R上的周期函数。

  同理可得:⑴f(X)=Sin(cosx),⑵f(X)=Sin(tgx),⑶f(X)=Sin2x,⑷f(n)=Log2Sinx(sinx>0)也都是周期函数。

  例2

  f(n)=Sinn是周期函数,n=g(x)=ax+b(a≠0)是非周期函数,f(g(x))=Sin(ax+b)是周期函数(中学数学中已证)。

  例3

  f(n)=cosn是周期函数,n=g(x)= (非周期函数)而f(g(x))=cos 是非周期函数。

  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。

  定理4

  设f1(X)、f2(X)都是集合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。

  证:

  设 ((p·q)=1)设T=T1q=T2p则有:有(x±T)=(x±T1q)=(x±T2p)∈M,且f1(x+T) ±f2(x+T)= f1(x+T1q) ±f2(x+T2p)= f1(X)±f2(X) ∴f1(X) ±f2(X)是以T1和袭毁哗T2的公倍数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。

  推论 

  设f1(X) 、f2(X)……fn(X) 是集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。

  例1

  f(X)=Sinx-2cos2x+sin4x是以2π、π、π/2的最小公倍 数2π为周期的周期函数。

  例2

  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。

  又 都是有理数

  ∴f(X)是以T1、T2、T3最小公倍数(T1、T2、T3)= 为最小正周期的周期函数。

  同理可证:

  ⑴f(X)=cos ;

  ⑵f(x)=sin2xcos2x+cos2xcos3x+cos3xsin3x。

  是周期函数。

  定理5

  设f1(x)=sin a1x,f2(x)=cosa2x,则f1(x)与f2(x)之和、差、积是周期函数的充要条件是a1/a2∈Q。

  证

  先证充分性:

  若a1/a2∈Q,设T1、T2分别为f1(x)与f2(x)的最小正周期,则T1= 、T2= ,又 ∈Q

  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)。

  ⑴设sina1x-cosa2x为周期函数,则必存在常数T>0,

  使sina1(x+T)-sina1x=cosa2(x+T)-cosa2x 2cos(a1x+)sin = -2sin s(a2x+) sin ⑴。

  令x= 得2cos(a1x+),则 (K∈Z)。

  ⑵

  或 C∈Z⑶

  又在⑴中令 2sin(a2x+)sin =-2sin =0

  由⑷

  由sin ⑸

  由上述⑵与⑶,⑷与⑸都分别至少有一个成立。

  由⑶、(5得)⑹

  ∴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。

  判定方法

  编辑

  ⑴若f(X)的定义域有界,[2]

  例:f(X)=cosx(≤10)不是周期函数。

  ⑵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。

  例:f(X)=cosx 是非周期函数。

  ⑶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。

  证:假设f(X)=ax+b是周期函数,则存在T(≠0),使true ,a(x+T)+b=ax+b ax+aT-ax=0 aT=0 又a≠0,∴T=0与T≠0矛盾,∴f(X)是非周期函数。

  例:证f(X)= 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。

  例:证f(X)=sinx2是非周期函数

  证:若f(X)= sinx2是周期函数,则存在T(>0),使之true ,有sin(x+T)2=sinx2,取x=0有sinT2=sin0=0,∴T2=Kπ(K∈Z),又取X= T有sin(T+T)2=sin(T)2=sin2kπ=0,∴(+1)2

  T2=Lπ(L∈Z+),∴

  与3+2 是无理数矛盾,∴f(X)=sinx2是非周期函数。

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