二、章节练习(巩固图像伸缩变换)
1. 基础识别:伸缩类型与因子判断
指出下列函数是 \( y = f(x) \) 经过怎样的伸缩变换得到的(说明垂直/水平、伸缩因子、是否反射):
a. \( y = 3f(x) \);
解答:垂直伸缩,伸缩因子为3,无反射(因为 \( a = 3 > 0 \))。
b. \( y = f(4x) \);
解答:水平伸缩,伸缩因子为 \( \dfrac{1}{4} \)(因为水平伸缩因子是 \( \dfrac{1}{a} \),无反射。
c. \( y = -2f(x) \);
解答:垂直伸缩,伸缩因子为2(取绝对值),附加x轴反射(因为 \( a = -2 < 0 \))。
d. \( y = f(-\dfrac{1}{3}x) \)。
解答:水平伸缩,伸缩因子为3(取绝对值),附加y轴反射(因为 \( a = -\dfrac{1}{3} < 0 \))。
2. 画图练习:二次函数的伸缩
已知 \( f(x) = x^2 - 2x + 1 = (x - 1)^2 \)(顶点在 \( (1, 0) \) 的抛物线):
a. 画出 \( y = f(x) \) 的图像;
分析:这是顶点在 \( (1, 0) \),开口向上的抛物线。最低点在 \( (1, 0) \),与x轴相切。
b. 画出 \( y = 2f(x) \) 的图像,对比顶点位置与开口宽窄;
分析:\( y = 2(x - 1)^2 \),顶点仍在 \( (1, 0) \),但开口变窄(伸长2倍)。图像被"拉长",与x轴的交点仍只有一个(切点)。
c. 画出 \( y = f(2x) \) 的图像,分析与x轴的交点及图像宽窄变化。
解答:\( y = (2x - 1)^2 \),这是原函数沿x轴压缩为原长的 \( \dfrac{1}{2} \)。顶点变为 \( \left( \dfrac{1}{2}, 0 \right) \),开口宽度变为原来的一半,图像更"窄"。
3. 拓展练习:反比例函数的伸缩与渐近线
已知 \( f(x) = \dfrac{1}{x} \)(渐近线为 \( x = 0 \) 和 \( y = 0 \)):
a. 画出 \( y = 3f(x) = \dfrac{3}{x} \) 的图像,说明渐近线与曲线的伸缩关系;
分析:渐近线不变,仍为 \( x = 0 \) 和 \( y = 0 \)。曲线在每个象限都被"拉高"3倍,距离渐近线更远。
b. 画出 \( y = f(3x) = \dfrac{1}{3x} \) 的图像,分析水平伸缩对渐近线与曲线形态的影响。
分析:水平渐近线仍为 \( y = 0 \),垂直渐近线变为 \( x = 0 \)(压缩)。曲线在水平方向被压缩,增长更快,距离渐近线更近。
4. 综合应用:伸缩后图像的交点
设 \( f(x) = x(x - 3) \),函数 \( y = 2f(x) \) 与 \( y = f(2x) \):
a. 分别写出 \( y = 2f(x) \) 和 \( y = f(2x) \) 的表达式;
解答:
\( y = 2f(x) = 2x(x - 3) = 2x^2 - 6x \)
\( y = f(2x) = 2x(2x - 3) = 4x^2 - 6x \)
b. 求两函数图像的交点坐标。
解答:设两函数交点满足 \( 2x^2 - 6x = 4x^2 - 6x \),即 \( 0 = 2x^2 \),\( x = 0 \)。
当 \( x = 0 \) 时,\( y = 2(0)(0 - 3) = 0 \),\( y = (0)(0 - 3) = 0 \)。交点为 \( (0, 0) \)。
练习技巧与建议
练习要点:
- 记住垂直伸缩 \( y = a f(x) \) 的因子是 \( a \),水平伸缩 \( y = f(ax) \) 的因子是 \( \dfrac{1}{a} \)
- 注意 \( a < 0 \) 时会附加反射效果
- 伸缩变换不改变渐近线的斜率,只改变图像与渐近线的距离或渐近线的位置
- 画图时要特别注意顶点、交点和渐近线的变化
- 综合题目要注意区分垂直伸缩和水平伸缩的不同影响
通过这些练习,可以系统地掌握图像伸缩变换的核心技巧,为解决更复杂的函数变换问题打下坚实的基础。