一、教材全解(图像的伸缩变换核心知识)
图像的伸缩变换是指函数图像沿垂直方向(y轴)或水平方向(x轴)按比例"拉长"或"压缩",核心分为垂直伸缩与水平伸缩两类:
1. 垂直伸缩(Vertical Stretch)
若函数变为 \( y = a f(x) \)(\( a \) 为非零常数),图像是 \( y = f(x) \) 沿垂直方向以比例因子 \( a \) 伸缩:
- 当 \( |a| > 1 \):图像沿y轴伸长("拉长",如抛物线开口变窄);
- 当 \( 0 < |a| < 1 \):图像沿y轴压缩("变扁",如抛物线开口变宽);
- 当 \( a < 0 \):先按 \( |a| \) 伸缩,再关于x轴反射(同时完成伸缩与翻转)。
示例:
若 \( f(x) = x^2 \),则 \( y = 2f(x) = 2x^2 \) 是 \( y = x^2 \) 沿y轴伸长2倍(顶点仍在原点,开口更窄);
\( y = -0.5f(x) = -0.5x^2 \) 是 \( y = x^2 \) 沿y轴压缩为原长的0.5倍,再关于x轴反射(顶点在原点,开口向下且更宽)。
2. 水平伸缩(Horizontal Stretch)
若函数变为 \( y = f(ax) \)(\( a \) 为非零常数),图像是 \( y = f(x) \) 沿水平方向以比例因子 \( \dfrac{1}{a} \) 伸缩:
- 当 \( |a| > 1 \):图像沿x轴压缩("变窄",如根号函数图像更紧凑);
- 当 \( 0 < |a| < 1 \):图像沿x轴伸长("变宽",如根号函数图像更展开);
- 当 \( a < 0 \):先按 \( |a| \) 伸缩,再关于y轴反射(同时完成伸缩与翻转)。
示例:
若 \( f(x) = \sqrt{x} \)(\( x \geq 0 \)),则 \( y = f(2x) = \sqrt{2x} \) 是 \( y = \sqrt{x} \) 沿x轴压缩为原长的 \( \dfrac{1}{2} \)(图像增长更快,定义域仍为 \( x \geq 0 \));
\( y = f(-\dfrac{1}{2}x) = \sqrt{-\dfrac{1}{2}x} \) 是 \( y = \sqrt{x} \) 沿x轴伸长2倍,再关于y轴反射(定义域变为 \( x \leq 0 \),图像沿y轴左侧展开)。
关键要点:伸缩变换改变了图像的"宽窄"或"高矮",但保持了图像的基本形状特征(如抛物线的开口方向、渐近线的存在等)。
二、伸缩变换的几何意义
垂直伸缩的几何解释
垂直伸缩 \( y = a f(x) \) 可以理解为:
- 保持x坐标不变
- 将y坐标乘以因子 \( a \)
- 相当于将图像上的每个点 \( (x, y) \) 变为 \( (x, a y) \)
水平伸缩的几何解释
水平伸缩 \( y = f(ax) \) 可以理解为:
- 保持y坐标不变
- 将x坐标除以因子 \( a \)(或乘以 \( \dfrac{1}{a} \))
- 相当于将图像上的每个点 \( (x, y) \) 变为 \( \left( \dfrac{x}{a}, y \right) \)
记忆技巧:垂直伸缩影响y坐标(高度),水平伸缩影响x坐标(宽度)。
三、伸缩变换与渐近线
伸缩变换对渐近线的影响:
垂直伸缩对渐近线的影响
垂直伸缩不改变渐近线的斜率和位置,只改变图像相对于渐近线的距离。
水平伸缩对渐近线的影响
水平伸缩会改变垂直渐近线的位置,但不改变水平渐近线。
示例:反比例函数的伸缩
原函数 \( y = \dfrac{1}{x} \),渐近线为 \( x = 0 \) 和 \( y = 0 \)。
垂直伸缩: \( y = 3 \cdot \dfrac{1}{x} = \dfrac{3}{x} \),渐近线不变。
水平伸缩: \( y = \dfrac{1}{3x} \),垂直渐近线变为 \( x = 0 \)(压缩),水平渐近线不变。