Часто возникают задачи, в которых требуется по графику функции построить график некоторой похожей функции. Такого типа задачи называют задачами на преобразование графиков функций. Наиболее известны два типа преобразований графиков – линейные преобразования графиков, а также преобразования графиков, связанные с модулями. Начнём со второго типа преобразований. Будем полагать, что нам задан график функции .
Как построить график функции ? По определению модуля:
Поэтому график функции состоит из двух частей:
– в правой полуплоскости, – в левой полуплоскости. Это означает, что можно сформулировать такое правило:
для построения графика нужно сохранить часть графика при (т. е. на оси ординат и справа от неё), а также симметрично отразить эту часть относительно оси `Оy`; часть графика при (т. е. слева от оси ординат) при этом нужно стереть.
Как построить график функции ? По определению модуля:
Поэтому можно сформулировать такое правило:
для построения графика функции нужно сохранить часть графика , лежащую выше оси `Ox`, а часть графика, лежащую ниже оси `Ox`, симметрично отразить относительно этой оси.
Отметим, что для построения графика функции нужно последовательно провести преобразования ПР1 и ПР2 (в любом порядке).
Рассмотрим ещё один тип преобразований графиков с модулями.
Как построить множество точек `(x, y)` таких, что ?
Сразу видно, что на новом графике не должно быть точек, для которых . Поэтому нужно стереть часть графика функции , лежащую ниже оси абсцисс. Если же , то и на новом графике каждому такому значению должно соответствовать две точки, симметричные относительно оси (если , то точка одна).
Это означает, что часть графика функции , лежащую выше оси абсцисс, нужно сохранить и симметрично отразить относительно оси .
Теперь перейдём к описанию так называемых линейных преобразований графиков. Выделяют, как правило, следующие три типа таких преобразований.
Переход от графика к графику , где .
Если – положительное число, то имеем два возможных случая:
а) . В данном случае рассматриваемый переход является растяжением графика от оси абсцисс в `a` раз. Покажем на примере линейной функции (рис. 20). Положим и получим график функции посредством растяжения имеющегося графика в два раза от оси абсцисс (рис. 21).
б) . В данном случае рассматриваемый переход является сжатием графика к оси ординат в раз. Пусть имеется линейная функция . Если , то получим график функции посредством сжатия имеющегося графика в раза к оси абсцисс (рис. 22).
Заметим, что при нужно сначала построить график функции , а потом симметрично его отобразить относительно оси абсцисс.
В частности, при исходный график отражается относительно `Ox`.
Переход от графика к графику , где – некоторое число. Рассматриваемый переход является параллельным переносом графика вдоль оси ординат на единиц. Направление сдвига определяется знаком : если , то график сдвигается вверх, а если , то вниз.
Переход от графика к графику , где – некоторое число. В этом случае исходный график сдвигается вдоль оси абсцисс на величину . Но направление сдвига противоположно знаку числа `c:` если , то график сдвигается влево, а если , то вправо.
Рассмотрим несколько примеров построения графиков с использованием упомянутого выше набора преобразований.
Построим ещё такой график .
Для этого нужно выполнить цепочку таких действий (рис 23).
а) Строим график функции .
б) Выполняем ПР2: часть полученного графика, лежащая над осью сохраняется; а его часть, лежащая под осью отображается симметрично относительно оси .
с) Затем сдвигаем график вдоль оси на `2` единицы вниз (ПР5).
д) Выполняем ПР2 снова: часть полученного в предыдущем пункте графика, лежащая выше оси , сохраняется, а часть этого графика, которая лежит ниже оси , отображается симметрично относительно неё.
Построим график функции .
ОДЗ: , , , .
Воспользуемся известным тождеством
. Имеем:
.
Выполняем построения (рис. 24):
а) Строим график функции .
б) График сдвигаем вдоль оси на `3` единицы вверх (ПР5).
в) Исключаем из графика точки , .
При решении задачи мы учли ОДЗ функции, исключив некоторые точки из графика. Такие точки изображаются, например, в виде выколотых точек (пустых не закрашенных кружков).