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isee
发表于 2025-1-9 17:13
十多年后来了个回旋镖——源自知乎提问区——
三次函数有且只有一个对称中心.
设三次函数为 $f(x)=ax^3+bx^2+cx+d\,(a\neq 0)$ ,则 $f'(x)=3ax^2+2bx+c$ 为二次函数,由二次函数是轴对称的,易知 \begin{gather*}
f'\left(-\frac b{3a}-x\right)=f'\left(-\frac b{3a}+x\right)
\end{gather*} 逆向求原函数(即两边积分) \begin{gather*}
\left(-f\left(-\frac b{3a}-x\right)\right)'=\left(f\left(-\frac b{3a}+x\right)\right)'\\[1ex]
f\left(-\frac b{3a}+x\right)+f\left(-\frac b{3a}-x\right)=C\tag{01}
\end{gather*} 其中 $C$ 为待定常数. 在 $(01)$ 式中令 $x=0$ ,便得 $C=2f\left(-\frac b{3a}\right)$ .
另一方面,由 $(01)$ 式知 $f(x)$ 对称中心为 $\left(-\frac{b}{3a},f\left(-\frac{b}{3a}\right)\right)$ .
倘若三次函数还有不同的对换中心,设为 $(m,n)$ , $m\neq-\frac{b}{3a}$ ,则有 \begin{gather*}
f(m-x)+f(m+x)=2n\\[1ex]
\left(f(m-x)+f(m+x)\right)'_x=\left(2n\right)'_x\\[1ex]
f'(m-x)=f'(m+x)
\end{gather*} 这表明直线 $x=m$ 是 $f'(x)=3ax^2+2bx+c$ 的对称轴,所以 $m=-\frac{b}{3a}$ 这与 $m\neq-\frac{b}{3a}$ 矛盾.
因此,三次函数有且仅有一个对称中心 $\left(-\frac{b}{3a},f\big(-\frac{b}{3a}\big)\right)$ . |
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