第一節 反射變換
數學實驗:函數 \(\displaystyle{ f\left( x \right) }\) 與函數 \(\displaystyle{-f\left( x \right) }\)、函數 \(\displaystyle{ f\left( -x \right) }\) 之間的關係
函數的反射變換

該實驗以常見的四個函數 \(f(x)\) 為例,包括線性函數、二次函數、三次函數和指數函數,展示了函數 \(f(x)\)、\(\displaystyle{ -f\left( x \right) }\) 與 \(\displaystyle{f\left( -x \right) }\) 的圖像。請選擇不同的函數,比較三條曲線在直角坐標系中的位置關係。

如模擬程式所示,任意一條鉛垂線與函數 \(f(x)\) 和函數 \(\displaystyle{ -f\left( x \right) }\) 分別交於 \(A\) 點和 \(B\) 點,任意一條水平線與函數 \(f(x)\) 和函數 \(\displaystyle{ f\left( -x \right) }\) 分別交於 \(C\) 點和 \(D\) 點。選擇不同的函數,移動各曲線上的點,觀察\(A\) 點和 \(B\) 點到 \(\displaystyle{ x}\) 軸的距離的變化,以及 \(C\) 點和 \(D\) 點到 \(\displaystyle{ y }\) 軸的距離的變化。

  1. 函數 (\(\displaystyle{f\left( x \right) }\)、\(\displaystyle{f\left( -x \right) }\) 與 \(\displaystyle{- f\left( x \right) }\)) 三者圖像的形狀與曲線走向的關係是?

    • 三個函數的圖像的形狀相同
    • 三個函數的圖像的形狀不相同
    • 三個函數的圖像的走向相同
    • 三個函數的圖像的走向不相同
  2. 點 \(\displaystyle{ A }\) 與點 \(\displaystyle{ B }\) 到 \(\displaystyle{ x }\) 軸的距離相等嗎?如改變鉛垂線的位置,點 \(\displaystyle{ A }\) 與點 \(\displaystyle{ B }\) 到 \(\displaystyle{ x }\) 軸的距離的關係是否改變?
    • 相等、改變
    • 不相等、改變
    • 相等、不改變
    • 不相等、不改變
  3. 點 \(\displaystyle{ C }\) 與點 \(\displaystyle{ D }\) 到 \(\displaystyle{ y }\) 軸的距離相等嗎?如改變水平線的位置,點 \(\displaystyle{ C }\) 與點 \(\displaystyle{ D }\) 到 \(\displaystyle{ y }\) 軸的距離的關係是否改變?
    • 相等、改變
    • 不相等、改變
    • 相等、不改變
    • 不相等、不改變
  4. 函數 \(\displaystyle{ - f\left( x \right) }\) 的圖像可由函數 \(\displaystyle{f\left( x \right) }\) 的圖像沿 
    • \(\displaystyle{ x }\) 軸
    • \(\displaystyle{ y }\) 軸
    • 直線 \(\displaystyle{ y=x }\)
    • 直線 \(\displaystyle{ y=-x }\)
     反射而得;函數 \(\displaystyle{f\left( -x \right) }\) 的圖像可由函數 \(\displaystyle{f\left( x \right) }\) 的圖像沿 
    • \(\displaystyle{ x }\) 軸
    • \(\displaystyle{ y }\) 軸
    • 直線 \(\displaystyle{ y=x }\)
    • 直線 \(\displaystyle{ y=-x }\)
     反射而得。 

根據以上數學實驗的實驗結果,我們可總結出函數的反射法則:

反射法則

函數 \(\displaystyle{ - f\left( x \right) }\) 的圖像可由函數 \(\displaystyle{f\left( x \right) }\) 的圖像沿 \(\displaystyle{ x }\) 軸反射而得; 函數 \(\displaystyle{f\left( -x \right) }\) 的圖像可由函數 \(\displaystyle{f\left( x \right) }\) 的圖像沿 \(\displaystyle{ y }\) 軸反射而得。

反射變換
例題
將函數 \(\displaystyle{ f\left( x \right)={{e}^{x}} }\) 的圖像先沿 \(\displaystyle{ x }\) 軸反射,得到函數 
  • \(\displaystyle{y={{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y={{e}^{-x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{-x}} }\)
 的圖像,再沿 \(\displaystyle{ y }\) 軸反射,得到函數 
  • \(\displaystyle{y={{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y={{e}^{-x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{-x}} }\)
 的圖像;調換反射變換的順序,將函數 \(\displaystyle{ f\left( x \right)={{e}^{x}} }\) 先沿 \(\displaystyle{ y }\) 軸反射,得到函數 
  • \(\displaystyle{y={{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y={{e}^{-x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{-x}} }\)
 的圖像,再沿 \(\displaystyle{ x }\) 軸反射,得到函數 
  • \(\displaystyle{y={{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y={{e}^{-x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{x}} }\)
  • \(\displaystyle{y=-{{e}^{-x}} }\)
 的圖像。 

思考:調換函數 \(\displaystyle{ f\left( x \right) }\) 沿水平方向和鉛垂方向伸縮的順序,即將函數 \(\displaystyle{ f\left( x \right) }\) 的圖像先沿 \(\displaystyle{ y }\) 軸反射,再沿 \(\displaystyle{ x }\) 軸反射,是否也可得到函數 \(\displaystyle{ g\left( x \right) }\) 的圖像?

  • A. 可以
  • B. 不可以

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