定义域条件
第一关是定义域关于原点对称
要比较 $f(-x)$ 和 $f(x)$,$x$ 与 $-x$ 就必须都在定义域中。设函数的定义域为 $D$,所谓 $D$ 关于原点对称,是指
也就是说,定义域中每个非零数的相反数也必须在定义域中。$0$ 若属于定义域,它的相反数仍是自己。
$\mathbb R$、$[-2,2]$、$(-\infty,0)\cup(0,+\infty)$ 都关于原点对称,而 $[0,+\infty)$ 不关于原点对称。
如果定义域不关于原点对称,就会有某个 $x\in D$,但 $-x\notin D$。这个 $x$ 有函数值,$-x$ 却没有,因而 $f(-x)$ 没有定义。
这样就不能对定义域内所有 $x$ 比较 $f(-x)$ 与 $f(x)$,所以这个函数既不是奇函数,也不是偶函数。
偶函数
偶函数保持函数值不变
确认 $x$ 与 $-x$ 都能取到后,再比较 $f(-x)$ 和 $f(x)$。在定义域 $D$ 关于原点对称的前提下,如果对任意 $x\in D$,都有
那么 $f(x)$ 是偶函数。例如 $f(x)=x^2+1$ 的定义域是 $\mathbb R$。把解析式中的 $x$ 换成 $-x$,得到
$x$ 和 $-x$ 的平方相等,即 $(-x)^2=x^2$,所以
对任意实数 $x$,上面的计算都成立,所以 $f(x)=x^2+1$ 是偶函数。
若图象上有点 $(x,f(x))$,因为 $f(-x)=f(x)$,点 $(-x,f(x))$ 也在图象上。这两个点的横坐标互为相反数,纵坐标相等,因此关于 $y$ 轴对称。定义域内每个 $x$ 都满足这个等式,所以偶函数的整个图象关于 $y$ 轴对称。
反过来,若图象关于 $y$ 轴对称,$x$ 与 $-x$ 对应的点就有相同的纵坐标,也就是函数值相等。
在 $f(x)=x^2+1$ 的图象中,比较点 A 与点 B:横坐标互为相反数,纵坐标保持不变。
奇函数
奇函数的函数值也变成相反数
若 $x$ 换成 $-x$ 时,函数值也变成相反数,就要比较 $f(-x)$ 和 $-f(x)$。在定义域 $D$ 关于原点对称的前提下,如果对任意 $x\in D$,都有
那么 $f(x)$ 是奇函数。例如 $g(x)=x^3-x$ 的定义域是 $\mathbb R$。把解析式中的 $x$ 换成 $-x$:
$-x$ 的三次方是 $-x^3$,减去 $-x$ 就是加上 $x$,所以
从 $-x^3+x$ 中提取负号,括号内就是原来的 $x^3-x$:
对任意实数 $x$,上面的计算都成立,所以 $g(x)=x^3-x$ 是奇函数。
若图象上有点 $(x,g(x))$,因为 $g(-x)=-g(x)$,点 $(-x,-g(x))$ 也在图象上。这两个点的横坐标、纵坐标都互为相反数,因此关于原点对称。定义域内每个 $x$ 都满足这个等式,所以奇函数的整个图象关于原点中心对称。
在 $g(x)=x^3-x$ 的图象中,点 A 与点 B 的横坐标、纵坐标都互为相反数。
反过来,若图象关于原点中心对称,对于图象上的任意一点 $(x,g(x))$,点 $(-x,-g(x))$ 也在图象上。
这说明 $-x\in D$,并且 $g(-x)=-g(x)$。对定义域内每个 $x$ 都是如此,定义域条件和函数值关系都满足,所以 $g$ 是奇函数。
两个反例
不是偶函数,也不一定就是奇函数
定义域关于原点对称,只说明:$x$ 在定义域中时,$-x$ 也在其中。它并不保证 $f(-x)$ 与 $f(x)$ 相等或互为相反数。
例如 $h(x)=x+1$,定义域为 $\mathbb R$,关于原点对称。把 $-x$ 代入得到 $h(-x)$;把 $h(x)$ 整体取相反数得到 $-h(x)$。比较这三个式子:
取 $x=1$,有 $h(-1)=0$、$h(1)=2$、$-h(1)=-2$。$0$ 不等于 $2$,也不等于 $-2$。
因此,$h(-x)=h(x)$ 与 $h(-x)=-h(x)$ 在 $x=1$ 时都不成立,不能对定义域内每个 $x$ 成立。这个函数既不是偶函数,也不是奇函数,可见“不是偶函数”并不等于“是奇函数”。
再看 $p(x)=x^2$,规定定义域为 $[0,+\infty)$。$1$ 在定义域中,$-1$ 却不在,所以定义域不关于原点对称。
即使把 $-x$ 代入 $x^2$ 能算出一个式子,也不能说这个函数是偶函数:在 $x=1$ 时,函数根本没有规定 $-1$ 对应的值。
判断顺序
判断顺序比记结论更重要
先检查定义域是否关于原点对称。若是,再计算并化简 $f(-x)$,判断 $f(-x)=f(x)$ 或 $f(-x)=-f(x)$ 是否对定义域内每个 $x$ 都成立。
定义域不对称,或两个等式都不能对定义域内每个 $x$ 成立,函数就既不是奇函数,也不是偶函数。
图象可以帮助观察,但不能只凭几个点判断整个函数的奇偶性。仍要检查定义域,并说明相应的等式对定义域内每个 $x$ 都成立。
先检查 $x$ 与 $-x$ 能否都取到,再比较 $f(-x)$ 与 $f(x)$。