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函数变换是数学中的重要概念,通过改变函数的解析式来改变函数图像的形状和位置。主要的变换类型包括平移变换、伸缩变换和翻折变换。今天我们重点学习伸缩变换。对于原函数y等于f(x),我们可以通过不同的变换得到新的函数图像。
水平伸缩变换的一般形式是y等于f(kx),其中k是伸缩因子。当k大于1时,图像被水平压缩,周期变为原来的k分之一;当k在0到1之间时,图像被水平拉伸,周期也变为原来的k分之一。我们以正弦函数为例来观察这种变换。首先看到蓝色的原函数y等于sinx,现在我们改变k值来观察变换效果。
垂直伸缩变换的一般形式是y等于A乘以f(x),其中A是伸缩因子。当A大于1时,图像被垂直拉伸,函数值变为原来的A倍;当A在0到1之间时,图像被垂直压缩,函数值也变为原来的A倍;当A小于0时,图像先关于x轴翻折,再进行伸缩。我们以二次函数y等于x的平方为例来观察这种变换效果。
复合伸缩变换的一般形式是y等于A乘以f(kx),同时包含水平和垂直两种伸缩。变换的顺序是先进行水平伸缩,再进行垂直伸缩。这两种变换相互独立,A控制垂直方向的伸缩,k控制水平方向的伸缩。我们以y等于sinx变换为y等于2sin(3x)为例,其中A等于2表示垂直拉伸2倍,k等于3表示水平压缩至三分之一。
现在我们通过几个典型例题来巩固伸缩变换的应用。例题1:将y等于x平方先水平压缩至二分之一,再垂直拉伸3倍。水平压缩至二分之一意味着k等于2,垂直拉伸3倍意味着A等于3,所以新函数为y等于3倍的2x的平方,即y等于12x平方。例题2:已知y等于A sin(kx)的周期为π/2,最大值为3,求A和k。由周期公式可得k等于4,最大值为3说明A等于3。例题3:某振动的振幅增大2倍,频率增大3倍,新函数为y等于2sin(3ωt)。