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📚 教材全解

完整的图像伸缩变换理论讲解,包括垂直伸缩和水平伸缩的定义、比例因子和反射效果。

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 \( y = f(x) \) 沿垂直方向比例因子 \( a \) 伸缩:

示例

\( f(x) = x^2 \),则 \( y = 2f(x) = 2x^2 \)\( y = x^2 \) 沿y轴伸长2倍(顶点仍在原点,开口更窄);
\( y = -0.5f(x) = -0.5x^2 \)\( y = x^2 \) 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 \( y = f(x) \) 沿水平方向比例因子 \( \dfrac{1}{a} \) 伸缩:

示例

\( f(x) = \sqrt{x} \)\( x \geq 0 \)),则 \( y = f(2x) = \sqrt{2x} \)\( y = \sqrt{x} \) 沿x轴压缩为原长的 \( \dfrac{1}{2} \)(图像增长更快,定义域仍为 \( x \geq 0 \));
\( y = f(-\dfrac{1}{2}x) = \sqrt{-\dfrac{1}{2}x} \)\( y = \sqrt{x} \) 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:

水平伸缩的几何解释

水平伸缩 \( y = f(ax) \) 可以理解为:

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 \( x = 0 \)\( y = 0 \)

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。