当前信息：周期函数的周期怎么求_周期函数

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来源：互联网时间：2023-06-11 13:47:32

1、对于函数y=f（x），如果存在一个不为零的常数T，使得当x取定义域内的每一个值时，f（x+T）=f（x）都成立，那么就把函数y=f（x）叫做周期函数，不为零的常数T叫做这个函数的周期。

2、　　周期函数性质：　　（1）若T（≠0）是f(X)的周期，则-T也是f(X)的周期。

(相关资料图)

3、　　（2）若T（≠0）是f(X)的周期，则nT（n为任意非零整数）也是f(X)的周期。

4、　　（3）若T1与T2都是f(X)的周期，则T1±T2也是f(X)的周期。

5、　　（4）若f(X)有最小正周期T*，那么f(X)的任何正周期T一定是T*的正整数倍。

6、　　（5）T*是f(X)的最小正周期，且TT2分别是f(X)的两个周期，则（Q是有理数集）　　（6）若TT2是f(X)的两个周期，且是无理数，则f(X)不存在最小正周期。

7、　　（7）周期函数f(X)的定义域M必定是双方无界的集合。

8、周期函数的定义及性质定义：设f(x)是定义在数集M上的函数，如果存在非零常数T具有性质；（1）对有（X±T）；（2）对有f（X+T）=f（X）则称f（X）是数集M上的周期函数，常数T称为f（X）的一个周期。

9、如果在所有正周期中有一个最小的，则称它是函数f（X）的最小正周期。

10、由定义可得：周期函数f（X）的周期T是与X无关的非零常数，且周期函数不一定有最小正周期。

11、例1 常数值函数f（X）=C（C是常数）是实数集R上以任意非零实数为周期的周期函数。

12、狄利克莱函数D（X）= 是实数集上任意非零有理数为周期的周期函数。

13、由于正实数和正有理数都没有最小的，因而它们都没有最小正周期。

14、 2、性质：（1）若T（≠0）是f(X)的周期，则-T也是f(X)的周期。

15、（因f[x+(T-T)]=f[X+(-T)]= f(X)）。

16、因而周期函数必定有正周期。

17、（2）若T（≠0）是f(X)的周期，则nT（n为任意非零整数）也是f(X)的周期。

18、证：当n＞0时，f(x+nT)=f[x+(n-1)T+T]=f[x+(n-1)T]=…… =f（x+T）= f(X)。

19、当n＜0时，∵-n＞0，由前证和性质1可得： nT=-（-nT）是f(X)的周期。

20、∴当n为任意非零整数时命题成立。

21、（3）若T1与T2都是f(X)的周期，则T1±T2也是f(X)的周期。

22、（因f[x+（T1±T2）]=f（x+T1）= f(X)）。

23、（4）、如果f(X)有最小正周期T*，那么f(X)的任何正周期T一定是T*的正整数倍。

24、否则必存在n1r Z+（Z+为正整数）使T=n1T*+r（0＜r＜T*），则对（f(X)的定义域）有f(X)=f（x+T）=f＝（x+n1T*+r）=f（x+r），∴r也是f(X)的正周期，与T*是f(X)的最小正周期矛盾。

25、∴T必是T*的正整数倍。

26、（5）T*是f(X)的最小正周期，且TT2分别是f(X)的两个周期，则（Q是有理数集）证：据条件和性质4知，存在KK2 Z，使T1=K1T*，T2=K2T*，∴ 。

27、（6）若TT2是f(X)的两个周期，且是无理数，则f(X)不存在最小正周期。

28、（用反证法据性质5即可证得）。

29、（7）周期函数f(X)的定义域M必定是双方无界的集合。

30、证：若T是f(X)的周期，则nT（n ，n≠0）也是f(X)的周期，∴ 有X±nT M，∴M双方无界，但并非M必定（-∞、+∞），如tgX和ctgX的定义域分别为X≠Kπ+π/2和X≠Kπ（K ）。

31、例2：f(X)=sinX（ ≤10π）不是周期函数。

32、 3、周期函数的判定定理1 若f(X)是在集M上以T*为最小正周期的周期函数则K f(X)+C（K≠0）和1/ f(X)分别是集M和集｛X/ f(X) ≠0，X ｝上的以T*为最小正周期的周期函数。

33、证：∵T*是f(X)的周期，∴对有X±T* 且f(X+T*)= f(X)，∴K f(X)+C=K f(X+T*)+C，∴K f(X)+C也是M上以T*为周期的周期函数。

34、假设T* 不是Kf(X)+C的最小正周期，则必存在T’（ 0＜T’＜T*）是K f(X)+C的周期，则对，有K f(X+T’)+C=K f(X) +C K[f(X+T’)- f(X)]=0，∵K≠0，∴f(X+T’)- f(X)=0，∴f(X+T’)= f(X)，∴T’是f(X)的周期，与T*是f(X)的最小正周期矛盾，∴T*也是K f(X)+C的最小正周期。

35、同理可证1/ f(X)是集｛X/ f(X) ≠0，X ｝上的以T*为最小正周期的周期函数。

36、定理2：若f(X)是集M上以T*为最小正周期的周期函数，则f(aX+n)是集｛X/aX+ b ｝上的以T*/ 为最小正周期的周期函数，（其中a、b为常数）。

37、证：（先证是f(ax+b)的周期），∵T*是f(X)的周期，∴ ，有X±T*∈M，∴a（X± ）+b=ax+b±T*∈M，且f[a（X+ ）+b]=f（ax+b±T*）=f（ax+b）∴ 是f（ax+b）的周期。

38、再证是f（ax+b）的最小正周期假设存在T’（0＜T’＜）是f（ax+b）的周期，则f（a（x+T’）+b）=f（ax+b），即f（ax+b+aT’）=f（ax+b），因当X取遍｛X/X∈M,ax+b∈M｝的各数时,ax+b就取遍M所有的各数，∴aT’是f(X)的周期，但＜ =T*这与T*是f(X)的最小正周期矛盾。

39、定理3：设f(u)是定义在集M上的函数u=g（x）是集M1上的周期函数，且当X∈M1时，g(x)∈M，则复合函数f(g(x))是M1上的周期函数。

40、证：设T是u=g(x)的周期，则 1有（x±T）∈M1且g（x+T）=g(x) ∴f(g(x+T))=f(g(x)) ∴=f(g(x))是M1上的周期函数。

41、例3 设=f(u)=u2是非周期函数，u= g(X)=cosx是实数集R上的周期函数，则f(g(x))=cos2x是R上的周期函数。

42、同理可得：（1）f(X)=Sin(cosx)，（2）f(X)=Sin(tgx)，（3）f(X)=Sin2x，（4）f(n)=Log2Sinx(sinx＞0)也都是周期函数。

43、例4，f(n)=Sinn是周期函数，n=g(x)=ax+b(a≠0)是非周期函数，f(g(x))=Sin(ax+b)是周期函数（中学数学中已证）。

44、例5，f(n)=cosn是周期函数，n=g(x)= （非周期函数）而f(g(x))=cos 是非周期函数。

45、证：假设cos 是周期函数，则存在T＞0使cos （k∈Z）与定义中T是与X无关的常数矛盾，∴cos 不是周期函数。

46、由例4、例5说明，若f(u)是周期函数，u= g(X)是非周期函数，这时f(g(x))可能是，也可能不是周期函数。

47、定理4：设f1(X)、f2(X)都是集合M上的周期函数，TT2分别是它们的周期，若T1/T2∈Q则它们的和差与积也是M上的周期函数，T1与T2的公倍数为它们的周期。

48、证：设（(p·q)=1）设T=T1q=T2p则有：有（x±T）=（x±T1q）=（x±T2p）∈M，且f1(x+T) ±f2（x+T）= f1(x+T1q) ±f2（x+T2p）= f1(X)±f2(X) ∴f1(X) ±f2(X)是以T1和T2的公倍数T为周期的周期函数。

49、同理可证：f1(X) 、f2(X)是以T为周期的周期函数。

50、推论：设f1(X) 、f2(X)……fn(X) 是集M上的有限个周期函数TT2……Tn分别是它们的周期，若， … （或T1，T2……Tn中任意两个之比）都是有理数，则此n个函数之和、差、积也是M上的周期函数。

51、例6 ，f(X)=Sinx-2cos2x+sin4x是以2π、π、π/2的最小公倍数2π为周期的周期函数。

52、例7，讨论f(X)= 的周期性解：2tg3 是以T1= 为最小正周期的周期函数。

53、 5tg 是以T2 为最小正周期的周期函数。

54、 tg2 是以T3= 为最小正周期的周期函数。

55、又都是有理数 ∴f(X)是以TT2、T3最小公倍数（TT2、T3）= 为最小正周期的周期函数。

56、同理可证：（1）f(X)=cos ; (2) f(x)= ； (3)f(x)=sin2xcos2x+cos2xcos3x+cos3xsin3x。

57、是周期函数。

58、定理5，设f1(x)=sin a1x，f2(x)=cosa2x，则f1(x)与f2(x)之和、差、积是周期函数的充要条件是a1/a2∈Q。

59、证：先证充分性：若a1/a2∈Q，设TT2分别为f1(x)与f2(x)的最小正周期，则T1= 、T2= ，又 ∈Q 由定理4可得f1(x)与f2(x)之和、差、积是周期函数。

60、再证必要性（仅就f1(x)与f2(x)的差和积加以证明）。

61、（1）设sina1x-cosa2x为周期函数，则必存在常数T＞0，使sina1(x+T)-sina1x=cosa2(x+T)-cosa2x 2cos(a1x+ )sin = -2sin s(a2x+ ) sin (1)。

62、令x= 得2cos（a1x+ ），则（K∈Z）。

63、(2) 或 C∈Z（3）又在（1）中令 2sin（a2x+ ）sin =-2sin =0 由(4) 由sin （5）由上述（2）与（3），（4）与（5）都分别至少有一个成立。

64、由（3）、（5得）（6） ∴无论（2）、（4）、（6）中那一式成立都有a1/a2 。

65、（2）设sinaxcosa2x为周期函数，则是周期函数。

66、 ∴ ∴ 例8 求证f(X)=sin x+cos x是非周期函数。

67、证：假设f(X)是周期函数，则是无理数矛盾。

68、∴f(X)是非周期函数。

69、 4、非周期函数的判定（1）若f(X)的定义域有界例9，f(X)=cosx（ ≤10）不是周期函数。

70、（2）根据定义讨论函数的周期性可知非零实数T在关系式f(X+T)= f(X)中是与X无关的，故讨论时可通过解关于T的方程f(X+T)- f(X)=0，若能解出与X无关的非零常数T便可断定函数f(X)是周期函数，若这样的T不存在则f(X)为非周期函数，如例，f(X)=cos 是非周期函数（例5）。

71、（3）一般用反证法证明。

72、（若f(X)是周期函数，推出矛盾，从而得出f(X)是非周期函数）。

73、例10 证f(X)=ax+b(a≠0)是非周期函数。

74、证：假设f(X)=ax+b是周期函数，则存在T（≠0），使对，a（x+T）+b=ax+b ax+aT-ax=0 aT=0 又a≠0，∴T=0与T≠0矛盾，∴f(X)是非周期函数。

75、例11 证f(X)= 是非周期函数。

76、证：假设f(X)是周期函数，则必存在T（≠0）对，有(x+T)= f(X)，当x=0时，f(X)=0，但x+T≠0, ∴f(x+T)=1，∴f(x+T) ≠f(X)与f(x+T)= f(X)矛盾，∴f(X)是非周期函数。

77、例12 证f(X)=sinx2是非周期函数证：若f(X)= sinx2是周期函数，则存在T（＞0），使对，有sin(x+T)2=sinx2，取x=0有sinT2=sin0=0，∴T2=Kπ（K∈Z），又取X= T有sin( T+T)2=sin（ T）2=sin2kπ=0，∴( +1)2 T2=Lπ(L∈Z+)，∴ 与3+2 是无理数矛盾，∴f(X)=sinx2是非周期函数。

78、例13 证f(X)=cos(lgx)为非周期函数证：若f(X)=cos(lgx)是周期函数，则必存在T（＞0）使对＞0有cos[lg(x+T)]=cos(lgx),当x=T时，cos(lg2T)=cos(lgT)，当x=2T时，有cos(lg3T)=cos(lg2T)=cos(lgT)……，当x=9T时有cos(lg10T)=cos(lg9T)=cos(lg8T)=……cos(lgT) ∴cos(lgT)=cos(lg10T)=cos(1+lgT)=cos1cos(lgT)-sin1sin(lgT) ∴ 同理可得当X=99T时有cos(lgT)= ∴ = 若sin(lgT)≠0时，有 ∴cos1-cos21=sin21 ∴cos1=1 显然不成立。

79、又若sin(lgT)=0 则lgT=Kπ ∴cos(lgT)=±1 cos(lg10T)=cos(1+lgT)=cos1cos(lgT)-sin1sin(lgT)=cos1=±1同样不成立 ∴cos(lgx)是非周期函数。

80、证法2： ∵cos(lgx)的定义域为x＞0，不是双方无界集合，由性质可知cos(lgx)不是周期函数。

81、类似的还可证f(X)=cos(arc cosx)为非周期函数。

82、参考文献： [1] 人民教育出版社中学数学室编，高级中学课本、代数上册 1990.10 [2] 曾建国、谈谈周期函数。

83、中学数学教学参考 1999.4。

本文分享完毕，希望对大家有所帮助。

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