Парность, непарность и периодичность функции

Функция ff называется парной, если:

f(x)=f(−x)f\left( x \right) = f\left( { - x} \right), x∈D(f)x \in D\left( f \right),

А непарной, если

f(x)=−f(−x)f\left( x \right) = - f\left( { - x} \right), x∈D(f)x \in D\left( f \right)

График парной функции симметричный относительно оси OyOy, а график непарной функции симметричный относительно начала координат.

Функция y=f(x)y = f\left( x \right) с областью определения DD называется периодической, если существует хотя бы одно число T>0T>0, такое, при котором выполняются следующие два условия:

1) точки x+Tx+T, x−Tx-T принадлежат области определения DD для любого x∈Dx \in D;

2) для каждого xx из DD имеет место соотношение

f(x)=f(x+T)=f(x−T).f\left( x \right) = f\left( {x + T} \right) = f\left( {x - T} \right).

Число TT называется периодом функции f(x)f\left( x \right). Иными словами, периодической функцией является такая функция, значения которой повторяются через некоторый промежуток.

Наименьшее из чисел TT, обладающих указанными свойствами, называется основным периодом функции.

Функция ff чётная, если f(−x)=f(x)f(-x) = f(x), и нечётная, если f(−x)=−f(x)f(-x) = -f(x) для любого xx из области определения, которая должна быть симметрична относительно нуля. График чётной функции симметричен относительно оси OyOy, как у x2x^2 и cos⁡x\cos x, а нечётной — относительно начала координат, как у x3x^3 и sin⁡x\sin x. Чётность проверяют заменой xx на −x-x. Большинство функций не являются ни чётными, ни нечётными.

Функция периодическая с периодом T>0T > 0, если f(x+T)=f(x)f(x + T) = f(x) при всех xx (и точки x±Tx \pm T тоже входят в область определения), а наименьший такой период называют основным. Основной период sin⁡x\sin x и cos⁡x\cos x равен 2π2\pi, tg⁡x\operatorname{tg} x и ctg⁡x\operatorname{ctg} x — π\pi, а функции sin⁡(kx)\sin(kx) — 2π∣k∣\frac{2\pi}{|k|}.

−5−3−1135−2−1120xyPP'
0
1,5
2
1,2
f(x₀)
1,013
f(−x₀)
−1,013
Основной период 2π/k
3,142
При B=0B = 0 остаётся только косинус, и f(−x0)=f(x0)f(-x_0) = f(x_0): функция чётная. При A=0A = 0 остаётся синус, и f(−x0)=−f(x0)f(-x_0) = -f(x_0): функция нечётная. Когда оба числа отличны от нуля, функция ни чётная, ни нечётная. Зелёная точка находится на основной период 2πk\frac{2\pi}{k} правее PP и всегда на той же высоте, что и PP.

Периодические функции описывают переменный ток в сети, приливы и отливы, сердцебиение и смену времён года.

Напряжение в розетке

Напряжение в домашней розетке меняется по закону u(t)=325sin⁡(100πt)u(t) = 325 \sin(100\pi t) вольт, где tt — время в секундах. Найдите основной период напряжения и вычислите u(0,005)u(0{,}005), u(0,025)u(0{,}025) и u(−0,005)u(-0{,}005).

Решение

  1. Основной период функции sin⁡(kt)\sin(kt) равен 2πk\frac{2\pi}{k}, поэтому T=2π100π=0,02T = \frac{2\pi}{100\pi} = 0{,}02 с: напряжение повторяется 50 раз в секунду.
  2. u(0,005)=325sin⁡(100π⋅0,005)=325sin⁡π2=325u(0{,}005) = 325 \sin\left(100\pi \cdot 0{,}005\right) = 325 \sin\frac{\pi}{2} = 325 В.
  3. Так как 0,025=0,005+0,020{,}025 = 0{,}005 + 0{,}02, по периодичности u(0,025)=u(0,005)=325u(0{,}025) = u(0{,}005) = 325 В.
  4. Синус — нечётная функция, поэтому и uu нечётная: u(−0,005)=−u(0,005)=−325u(-0{,}005) = -u(0{,}005) = -325 В.

Ответ: Основной период равен 0,02 с, u(0,005)=u(0,025)=325u(0{,}005) = u(0{,}025) = 325 В, а u(−0,005)=−325u(-0{,}005) = -325 В.

Задача для тренировки

Исследуйте на чётность функции f(x)=x3−2xf(x) = x^3 - 2x и g(x)=x2+xg(x) = x^2 + x и найдите основной период функции h(x)=cos⁡3xh(x) = \cos 3x.

Показать решение

f(−x)=−x3+2x=−f(x)f(-x) = -x^3 + 2x = -f(x), поэтому ff нечётная. g(1)=2g(1) = 2, а g(−1)=0g(-1) = 0, поэтому gg ни чётная, ни нечётная. Основной период функции hh равен 2π3\frac{2\pi}{3}.