旋转60度后与自身重合的函数

从某道高考模拟题改编过来,算是原创的吧.看起来有点自招题的风格.如有错误,轻喷.

标题的表述为了精简,所以问题的较为严谨的表述是,是否存在定义在 RR 上的函数 f(x)f(x) 满足其图像绕原点逆时针旋转 π3\dfrac{\pi}{3} 后与原图像重合?

证明该函数的存在性如下:

易得 f(0)=0f(0)=0

对于 6 个点的集合 V={A,B,C,D,E,F}V=\{A,B,C,D,E,F\},要求任意 PVP\in V 都有 PP 绕原点旋转 π3\dfrac{\pi}{3} 后的点 V\in V

(记点 A 的横坐标为 xAx_A,纵坐标为 yAy_A,以此类推)

不妨设 xA,xB,xC>0x_A,x_B,x_C>0,且 xCx_C 最大.

由正三角形的性质,易得 xC=xA+xBx_C=x_A+x_B

并且对于为任意不相等的正数 m,nm,n,都可以使 xA=m,xB=n,xC=m+nx_A=m,x_B=n,x_C=m+n

(如果无法理解,那么可以暴力计算得到如下结论,再强行带成 m,nm,n 即可)

若已知 xB,xCx_B,x_C,则 yB=xB2xC3,yC=2xBxC3y_B=\dfrac{x_B-2x_C}{\sqrt 3}, y_C=\dfrac{2x_B-x_C}{\sqrt 3},或者 yB,yCy_B,y_C 同时取它们的相反数.

由于 xAx_AxBx_B 的值比较任意,那么可以构造这样的参数方程:

xA,xB,xC(1,5]x_A,x_B,x_C\in (1,5],参数 t(0,1]t\in (0,1] 时:

xA=t+1x_A=t+1

xB=t+2x_B=t+2

xC=2t+3x_C=2t+3

xA,xB,xC(15,1],(5,25]x_A,x_B,x_C \in (\dfrac{1}{5}, 1], (5,25] 等区间也可以进行类似操作.

(注意这个图和证明里的函数图像不一样,改了个参数)

img

得证.