结构化学基础习题答案分子的对称性培训资料
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结构化学基础习题答案分子的对称性
04分子的对称性
【4.1】HCN 和2CS 都是直线型分子,写出该分子的对称元素。 解:HCN :(),C υσ∞∞; CS 2
:()()2,,,,h C C i υσσ∞∞∞
【4.2】写出3H CCl 分子中的对称元素。 解:()3,3C υσ
【4.3】写出三重映轴3S 和三重反轴3I 的全部对称操作。 解:依据三重映轴S 3所进行的全部对称操作为:
1133h S C σ=,2233S C =,33h S σ=
4133S C =,52
33h S C σ=,63S E =
依据三重反轴3I 进行的全部对称操作为:
1133I iC =,2233I C =,33I i =
4133I C =,5233I iC =,63I E =
【4.4】写出四重映轴4S 和四重反轴4I 的全部对称操作。 解:依据S 4进行的全部对称操作为:
11213344442444,,,h h S C S C S C S E σσ==== 依据4I 进行的全部对称操作为: 11213344442444,,,I iC I C I iC I E ====
【4.5】写出xz σ和通过原点并与χ轴重合的2C 轴的对称操作1
2C 的表示矩阵。
解:
100010001xz σ????=-??????, ()1
2100010001x C ??
??=-??
??-??
【4.6】用对称操作的表示矩阵证明:
(a ) ()2xy C z i σ= (b ) ()()()222C x C y C z = (c ) ()2yz xz C z σσ= 解:
(a )
()()1
122xy z z x x x C y C y y z z z σ-????????????==-????????????--??????, x x i y y z z -????????=-????
????-????
()1
2
xy z C i
σ= 推广之,有,()()11
22xy xy n z n z C C i σσ==
即:一个偶次旋转轴与一个垂直于它的镜面组合,必定在垂足上出现对称中心。
(b )
()1
2
z x x C y y z z -????????=-???????????? 这说明,若分子中存在两个互相垂直的C 2轴,则其交点上必定出现垂直于这两个C 2轴的第三个C 2轴。推广之,交角为2/2n π的两个轴组合,在其交点上必定出现一个垂直于这两个C 2
轴n C 轴,在垂直于n C 轴且过交点的平面内必有n
个C 2 轴。进而可推得,一个n C 轴与垂直于它的C 2 轴组合,在垂直于n C 的平面内有n 个C 2 轴,相邻两轴的夹角为2/2n π。
(c )
yz xz yz x x x y y y z z z σσσ-????????????=-=-?????????????????? ()1
2z x x C y y z z -????????=-????
???????? ()
1
2
yz xz x C σσ=
这说明,两个互相垂直的镜面组合,可得一个2C 轴,此2C 轴正是两镜面的交线。推而广之,若两个镜面相交且交角为2/2n π,则其交线必为一个n 次旋转轴。同理,n C 轴和通过该轴的镜面组合,可得n 个镜面,相邻镜面之交角为
2/2n π。
【4.7】写出ClHC CHCl =(反式)分子全部对称操作及其乘法表。 解:反式C 2H 2C l2分子的全部对称操作为:
1
2,,,h E C i σ
【4.8】写出下列分子所归属的点群:HCN ,3SO ,氯苯()65C H Cl ,苯
()66C H ,萘()108C H 。
解:
【4.9】判断下列结论是否正确,说明理由。 (a ) 凡直线型分子一定有C ∞轴;
(b ) 甲烷分子有对称中心;
(c ) 分子中最高轴次()n 与点群记号中的n 相同(例如3h C 中最高轴次为3
C 轴);
(d ) 分子本身有镜面,它的镜像和它本身相同。 解:
(a ) 正确。直线形分子可能具有对称中心(h D ∞点群),也可能不具有对称
中心(v C ∞点群)。但无论是否具有对称中心,当将它们绕着连接个原
子的直线转动任意角度时,都能复原。因此,所有直线形分子都有C ∞轴,该轴与连接个原子的直线重合。
(b ) 不正确。因为,若分子有对称中心,则必可在从任一原子至对称中心连
线的延长线上等距离处找到另一相当原子。甲烷分子(d T 点群)呈正四
面体构型,显然不符合此条件。因此,它无对称中心。按分子中的四重反轴进行旋转-反演操作时,反演所依据的“反轴上的一个点”是分子的中心,但不是对称中心。事实上,属于d T 点群的分子皆无对称中心。 (c ) 就具体情况而言,应该说(c )不全错,但作为一个命题,它就错了。
这里的对称轴包括旋转轴和反轴(或映轴)。在某些情况中,分子最高对称轴的轴次(n )与点群记号中的n 相同,而在另一些情况中,两者不同。这两种情况可以在属于nh C ,nh D 和nd D 等点群的分子中找到。
在nh C 点群的分子中,当n 为偶数时,最高对称轴是n C 轴或n I 轴。其轴次与点群记号中的n 相同。例如,反式C 2
H 2
Cl 2
分子属2h C 点群,其最高对称轴为
2C 轴,轴次与点群记号的n 相同。当n 为基数时,最高对称轴为2h I ,即最高对
称轴的轴次是分子点群记号中的n 的2倍。例如,H 3BO 3分子属2h C 点群,而最高对称轴为6I 。
在nh D 点群的分子中,当n 为基数时,最高对称轴为n C 轴或n I 轴,其轴次(n )与点群记号中的n 相同。例如,C 6H 6分子属6h D 点群,在最高对称轴为6C 或6I ,轴次与点群记号中的n 相同。而当n 为奇数时,最高对称轴为2n I ,轴次为点群记号中的n 的2倍。例如,CO 3-属3h D 点群,最高对称轴为6I ,轴次是点群记号中的n 的2倍。
在nd D 点群的分子中,当n 为奇数时,最高对称轴为n C 轴或n I 轴,其轴次与分子点群记号中的n 相同。例如,椅式环己烷分子属3d D 点群,其最高对称
轴为3C 或3I ,轴次与点群记号中的n 相同。当n 为偶数时,最高对称轴为2n I ,其轴次是点群记号中n 的2倍。例如,丙二烯分子属2d D 点群,最高对称轴为
4I 。轴次是点群记号中的n 的2倍。
(d )正确。可以证明,若一个分子具有反轴对称性,即拥有对称中心,镜面或4m (m 为正整数)次反轴,则它就能被任何第二类对称操作(反演,反映,旋转-反演或旋转-反映)复原。若一个分子能被任何第二类对称操作复原,则它就一定和它的镜像叠合,即全同。因此,分子本身有镜面时,其镜像与它本身全同。
【4.10】联苯6565C H C H -有三种不同构象,两苯环的二面角()α分别为:(a )0α=,(b )090α=,(c )0090α<<,试判断这三种构象的点群。 解:
【4.11】5SF Cl 分子的形状和6SF 相似,试指出它的点群。
解:SF 6
分子呈正八面体构型,属h O 点群。当其中一个F 原子被Cl 原子取代
后,所得分子SF 5Cl 的形状与SF 6 分子的形状相似(见图4.11),但对称性降低了。SF 5
Cl 分子的点群为4v C 。
图4.11 SF 5Cl 的结构
【4.12】画一立方体,在8个顶角上放8个相同的球,写明编号。若:(a)去掉2个球,(b)去掉3个球。分别列表指出所去掉的球的号数,指出剩余的球的构成的图形属于什么点群?
解:图4.12示出8个相同求的位置及其编号。
(a)去掉2个球:
3
7
33
A B C
3
7
33
D E F
【4.13】判断一个分子有无永久偶极矩和有无旋光性的标准分别是什么?
解:凡是属于n C和n Cυ点群的分子都具有永久偶极距,而其他点群的分子无永久的偶极距。由于11h s
C C C
υ
≡≡,因而
s
C点群也包括在
n
C
υ点群之中。
凡是具有反轴对称性的分子一定无旋光性,而不具有反轴对称性的分子则可能出现旋光性。“可能”二字的含义是:在理论上,单个分子肯定具有旋光性,但有时由于某种原因(如消旋或仪器灵敏度太低等)在实验上测不出来。
反轴的对称操作是一联合的对称操作。一重反轴等于对称中心,二重反轴等于镜面,只有4m次反轴是独立的。因此,判断分子是否有旋光性,可归结为分子中是否有对称中心,镜面和4m次反轴的对称性。具有这三种对称性的分子(只要存在三种对称元素中的一种)皆无旋光性,而不具有这三种对称性的分子都可能有旋光性。
【4.14】作图给出
()()
32
2
Ni en NH Cl
可能的异构体及其旋光性。
解:见图4.14
图4.14
【4.15】由下列分子的偶极矩数据,推测分子立体构型及其点群。
(a)32
C O()0
μ=
(b)2
SO()
30
5.4010C m
μ-
=??
(c)N C C N
≡-≡()0
μ=
(d)H O O H
---
()
30
6.910C m
μ-
=??
(e)22
O N NO
-()0
μ=
(f)22
H N NH
-()
30
6.1410C m
μ-
=??
(g)
NH2
N
H2()
30
5.3410C m
μ-
=??
解:
注:由于N 原子中有孤对电子存在,使它和相邻3个原子形成的化学键呈三角锥形分布。
【4.16】指出下列分子的点群、旋光性和偶极矩情况: (a ) 33H C O CH -- (b ) 32H C CH CH -= (c ) 5IF (d ) 8S (环形) (22ClH C CH Cl -(交叉式)
(f )Br
N (g )NH 2
3
Cl
序号 点群 旋光性 偶极距 *a
2C υ
无 有 *b
s C 无 有 c 4C υ
无 有 d 4d D 无 无 e 2h C 无 无 f
s C
无
有
g 1C 有 有
3团。
【4.17】请阐明表4.4.3中4对化学式相似的化合物,偶极矩不同,分子构型主要差异是什么?
解:在C 2H 2分子中,C 原子以sp 杂化轨道分别与另一C 原子的sp 杂化轨道和H 原子的1s 轨道重叠形成的两个σ键;两个C 原子的x p 轨道相互重叠形成x
π键,y p 轨道相互重叠形成y π
键,分子呈直线形,属h D ∞点群,因而偶极距为
0。而在H 2O 2分子中,O 原子以3sp 杂化轨道(也有人认为以纯p 轨道)分别与
另一个O 原子的3sp 杂化轨道和H 原子的1s 轨道重叠形成的两个夹角为9652'
的σ键;两O H -键分布在以过氧键O O ---为交线、交角为9351'的两个平面
内,分子呈弯曲形(见4.15题答案附图),属2C 点群,因而有偶极距。
在C 2H 4分子中,C 原子以2sp 杂化轨道分别与另一C 原子的2sp 杂化轨道及
两个H 原子的1s 轨道重叠形成共面的3个σ键;两C 原子剩余的p 轨道互相重
叠形成π键,分子呈平面构型,属2h D 点群
(121.3,117.4C C H H C H ∠--=∠--=)。对于N 2H 4分子,既然偶极距不为0 ,则其几何构型既不可能是平面的:
N N
H
H H
H
也不可能是反式的:
N H
H
H H
它应是顺式构型:
N N
H
H
属2n C 点群[见4.15题(f )],或介于顺式和反式构型之间,属2C 点群。 反式-C 2H 2Cl 2和顺式-C 2H 2Cl 2 化学式相同,分子内成键情况相似,皆为平面构型。但两者对称性不同,前者属2h C 点群,后者属2C υ点群。因此,前者偶极距为0,后者偶极距不为0。
分子的偶极距为0 ,表明它呈平面构型,N 原子以2sp 杂
化轨道与C 原子成键,分子属2h C
点群。 分子的偶极距不为0,表明S 原子连接的两苯环不共面。可以推测,S 原子以3
sp 杂化轨道成键,分子沿着
S
S 连线折叠成蝴蝶形,具有2C υ点群的对称性。
【4.18】已知连接苯环上C Cl -键矩为30
5.1510C m -??,3C CH -键矩为
301.3410C m --??。试推算邻位、间位和对位的643C H ClCH 的偶极矩,并与实验
值4.15,5.94,30
6.3410C m -??相比较。
S
S N
N
解:若忽略分子中键和键之间的各种相互作用(共轭效应、空间阻碍效应和诱导效应等),则整个分子的偶极距近似等于个键距的矢量和。按矢量加和规则,C 6H 4ClCH 3三种异构体的偶极距推算如下:
Cl
CH 3
()3
3122
2
2cos60C Cl
C CH C Cl C CH o μμ
μ
μμ----??=++??
()()2230305.1710 1.3410C m C m --?=?+-???
()1
2
303012 5.1710 1.34102C m C m --?
+???-???
?
304.6510C m -=?
Cl
CH 3
()3
3122
2
2cos60C Cl
C CH C Cl C CH m μμ
μ
μμ-----??=+-??
()()2230305.1710 1.3410C m C m --?=?+-???
()1
2
303012 5.1710 1.34102C m C m --?
-???-???
?
305.9510C m -=? Cl
3
()
3
C Cl C CH p μμμ---=- 30
305.1710 1.3410C m C m --=?+? 306.5110C m -=?
由结果可见,C 6H 4ClCH 3 间位异构体偶极距的推算值和实验值很吻合,而对位异构体和邻位异构体,特别是邻位异构体两者差别较大。这既与共轭效应有关,更与紧邻的Cl 原子和-CH 3之间的空间阻碍效应有关。事实上,两基团夹角大于60。
【4.19】水分子的偶极矩为306.1810C m -??,而2F O 只有30
0.9010C m -??,它们的键角值很近,试说明为什么2F O 的偶极矩要比2H O 小很多。
解:2H O 分子和2F O 均属于2v C 点群。前者的键角为104.5,后者的键角为103.2。由于O 和H 两元素的电负性差()1.24χP ?=远大于O 和F 两元素的电负性差()0.54χP ?=,因而键矩O H μ-大于键矩O F μ-。多原子分子的偶极矩近似等于各键矩的矢量和,H 2O 分子和F
2O 分子的偶极距可分别表达为:
22104.5
2cos
2103.2
2cos
2H O O H F O O F μμμμ--==
因为两分子键角很接近,而O H μ-远大于O F μ-,所以H 2O 分子的F 2O 分子的偶极距比F 2O 分子的偶极距大很多。不过,两分子的偶极距的方向相反,如图4.19所示。
O
H H
O
F F
2
H O
μ2
H O
μ
图4.19
【4.20】八面体配位的()3
243Fe C O -有哪些异构体?属什么点群?旋光性情况如何?
解:
()3243Fe C O -
有如下两种异构体,它们互为对应体,具有旋光性,属3D 点群,如图4.20所示。
图4.20
3243
()Fe C H -
配位结构式意图
【4.21】利用表4.4.5所列有关键的折射度数据,求算3CH COOH 分子的摩尔折
射度R 值。实验测定醋酸折射率 1.3718n =,密度为3
1.046g cm -?,根据实验数据计算出R 实验值并进行比较。
解:摩尔折射率是反映分子极化率(主要是电子极化率)大小的物理量。它是在用折射法测定分子的偶极距时定义的。在高频光的作用下,测定物质的折光率n ,代入Lorenz-Lorentz 方程:
()()22
12n M R n
d
-=+
即可求得分子的摩尔折射度。常用高频光为可见光或紫外光,例如钠的D 线。
摩尔折射率具有加和性。一个分子的摩尔折射度等于该分子中所有化学键摩尔折射度的和。据此,可由化学键的摩尔折射度数据计算分子的摩尔折射度。将用此法得到的计算值与通过测定n ,d 等参数代入Lorenz-Lorentz 方程计算得到的实验值进行比较,互相验证。
利用表中数据,将醋酸分子中各化学键的摩尔折射度加和,得到醋酸分子的摩尔折射度:
R 计 3C H C C C O C O O H R R R R R --=--=++++
313131
3 1.676 1.296 3.32cm mol cm mol cm mol ---=?++
3131
1.54 1.80cm mol cm mol --++
31
12.98cm mol -=
将n ,d 等实验数据代入Lorenz-Lorentz 方程得到醋酸分子的摩尔折射度:
R 实()()2
1
31
2
1
1.3718160.0513.041.3718
2 1.046g mol cm mol g mol ----?=
=+? 结果表明,计算值和实验值非常接近。
【4.22】用2v C 群的元进行相似变换,证明4个对称操作分四类。[提示:选群中
任意一个操作为S ,逆操作为1
S -,对群中某一个元(例如1
2C )进行相似变换,若11122S C S C -=,则12C 自成一类。]
解:一个对称操作群中各对称操作间可以互相交换,这犹如对称操作的“搬家”。若将群中某一对称操作X 借助于另一对称操作S 变换成对称操作Y ,即:
1Y S XS -= 则称Y 与X 共轭。与X 共轭的全部对称操作称为该群中以X 为代表的一个级或一类级。级的阶次是群的阶次的一个因子。
若对称操作S 和X 满足:SX XS =
则称S 和X 这两个操作为互换操作。互换操作一定能分别使相互的对称元素复
原。例如,反式-C 2
H 2
Cl 2
中h σ和1
2C 可使2C 和h σ复原。若一个群中每两个操作
都是互换的,则这样的群称为互换群。可以证明,任何一个四阶的群必为互换
群(读者可以用22,h C C υ和2D 等点群为例自行验证)。在任何一个互换群中,每个对称操作必自成一个级或类。这一结论可证明如下:
设X 为互换群中的任一操作,S 为群中X 以外的任一操作,根据互换群的性质,有:
SX XS =
将上式两边左乘1S -,得: 1
X S XS -=
这就证明了X 按S 变换成的对称操作仍为X 。即X 自成一类。
2C υ点群为4阶互换群,它的4个对称操作是:()12,,,xz yx z E C σσ。选()1
2z C 以
外的任一对称操作(例如xz σ)对()1
2z C
进行相似变换: ()()
()11111222xz xz xz xz z z z C C C σσσσ--==
或
()1
11
2100100100010010010001001001xz xz x C σσ---??????
??????=---??????
????????????
()1
2100100100010010010001001001z C --??????
??????=-=-=?????????????????? (因为1
σσ-=,故可以将第一个表示矩阵右上角的-1去掉)
根据上述说明,()12
z C 自成一类。同理,其它3个对称操作也各自成一类。这就证明了2C υ点群的4个对称操作分4类。
【4.23】用3v C 群的元进行相似变换,证明6个对称操作分三类。 证明:3C υ点群是6阶群,其乘法表如下:
3C υ
E
13
C 23C a σ b σ c σ E E 13
C
23C
a σ
b σ
c σ 13
C 13
C 23C
E c σ a σ b σ 23C
23C
E 13
C
b σ
c σ
a σ
a σ a σ
b σ
c σ E 13
C
23C
b σ b σ
c σ a σ 23C
E 13
C
c σ
c σ
a σ
b σ
13
C
23C
E
相应的对称图像和对称元素系表示于图4.23。
y
图4.23
(1) 根据乘法表可得:
11a a a E E E σσσ--==
11a a a a a E σσσσσ--==(反映操作与其逆操作相等)
11131123111333222333b a b b c
c a c c b
a b c
a c
b C C C C C C C C σσσσσσσσσσσσσσσσ--------========
由上题的说明可知,,,a b c σσσ是相互共轭的对称操作,它们形成以a σ为代表的一类。当然,亦可借助于b σ以外的任一对称操作对b σ进行相似交换,或借助于c σ以外的任一对称操作对c σ进行相似变换,结果相同。 (2)根据乘法表得:
11111111121
3333333332122111123333333111211123333,,,a a a c b b b a c c c b E C E E C C C C C C C C C C C C E C C C C C C C σσσσσσσσσσσσ------------============
根据(1)相同的理由,1
3C 和23C 共轭,形成一类。借助于23C 以外的任一对称元
素对23C 进行相似变换,结果相同。
(3)在任何群中,1
X EX E -=,即主操作自成一类。
综上所述,3C υ群的6个对称操作分成三类,即3个反映操作形成一类,两个旋
转操作也形成一类,主操作自成一类。
【4.24】试述红外活性的判据。
解:严格意义上的红外光谱包括处在近红外区和中红外区的振动光谱及在远红外或微波区的转动光谱。但通常所说的红外光谱是指前者,而把后者称作远红外光谱。
分子在一定条件下产生红外光谱,则称该分子具有红外活性。判断分子是否具有红外活性的依据是选择定则或称选律。具体的说:
非极性双原子分子,0,0J υ?=?=,不产生振动-转动光谱,即无红外活性。极性双原子分子,1,2,3υ?=±±±……,1J ?=±,产生振动-转动光谱,即有红外活性。
在多原子分子中,每一种振动方式都有一特征频率,但并非所有的振动频率都能产生红外吸收从而得到红外光谱。这是因为分子的红外光谱起源于分子在振(转)动基态a ψ和振(转)动激发态b ψ之间的跃迁。可以证明,只有在跃迁过程中有偶极距变化的振(转)动(0
a b d ψμψτ≠?
)才会产生红外光谱。偶
极距改变大者,红外吸收带就强;偶极距变化小者,吸收带弱;偶极距不变者,不出现红外吸收,即为非红外活性。
【4.25】试述Raman 活性的判据。
解:Raman 光谱的选律是:具有各向异性的极化率的分子会产生Raman 光谱。例如H -H 分子,当其电子在电场作用下沿轴方向变形大于垂直于键轴方向时,就会产生诱导偶极距,出现Raman 光谱活性。
利用群论可很方便地判断分子的哪些振动具有红外活性,哪些振动具有Raman 活性。判断的标准是:
(1) 若一个振动隶属的对称类型和偶极距的一个分量隶属的对称类型相
同,即和x (或y ,或z )隶属的对称类型相同,则它具有红外活
性。
(2) 若一个振动隶属的对称类型和极化率的一个分量隶属的对称类型相
同,即一个振动隶属于
222,,,,,x y z xy xz yz 这样的二元乘积中的某一个,或者隶属于22
x y -这样的一个乘积的组合,则它就具有Raman
活性。
【4.26】将分子或离子:()33Co en +
,2NO +
,FHC C CHF ==,()22NH CO ,
60C ,丁三烯,33H BO ,()426N CH 等按下列条件进行归类:
(a ) 既有极性又有旋光性; (b ) 既无极性又无旋光性; (c ) 无极性但有旋光性; (d ) 有极性但无旋光性。 解:
(a ) FHC=C=CHF (C 2)
(b )
()()260,,h h NO D C I +∞丁三烯(2h D ),()3B OH (3h C ),()426N NH (d T )
(c ) ()()333Co en D +
(d ) ()()22NH CO C υ
【4.27】写出3CH +,55C H N ,()434Li CH ,22H C C C CH ===,椅式环己烷,
4XeOF 等分子所属的点群。
解: 分子 点群 3CH +
3h D
55C H N
2C υ
()#
434Li CH d T 22H C C C CH ===
2h D 椅式环己烷 3d D ##4XeOF
4C υ
Li
CH 3
*
【4.28】正八面体6个顶点的原子有3个被另一个原子取代,有几种可能的方式?取代产物各属于什么点群?取代后所得产物是否具有旋光性和偶极矩?解:只有下列两种取代方式,产物a属于3Cυ点群,产物b属于2Cυ点群。两产物皆无旋光性,而皆有偶极距。
(b)
函数的定义域与值域单调性与奇偶性三角函数典型例题
函数的定义域与值域、单调性与奇偶性 一、知识归纳: 1. 求函数的解析式 (1)求函数解析式的常用方法: ①换元法( 注意新元的取值范围) ②待定系数法(已知函数类型如:一次、二次函数、反比例函数等) ③整体代换(配凑法) ④构造方程组(如自变量互为倒数、已知f (x )为奇函数且g (x )为偶函数等) (2)求函数的解析式应指明函数的定义域,函数的定义域是使式子有意义的自变量的取值范围,同时也要注意变量的实际意义。 (3)理解轨迹思想在求对称曲线中的应用。 2. 求函数的定义域 求用解析式y =f (x )表示的函数的定义域时,常有以下几种情况: ①若f (x )是整式,则函数的定义域是实数集R ; ②若f (x )是分式,则函数的定义域是使分母不等于0的实数集; ③若f (x )是二次根式,则函数的定义域是使根号内的式子大于或等于0的实数集合; ④若f (x )是由几个部分的数学式子构成的,则函数的定义域是使各部分式子都有意义的实数集合; ⑤若f (x )是由实际问题抽象出来的函数,则函数的定义域应符合实际问题. 3. 求函数值域(最值)的一般方法: (1)利用基本初等函数的值域; (2)配方法(二次函数或可转化为二次函数的函数); (3)不等式法(利用基本不等式,尤其注意形如)0(>+=k x k x y 型的函数) (4)函数的单调性:特别关注)0(>+ =k x k x y 的图象及性质 (5)部分分式法、判别式法(分式函数) (6)换元法(无理函数) (7)导数法(高次函数) (8)反函数法 (9)数形结合法 4. 求函数的单调性 (1)定义法: (2)导数法: (3)利用复合函数的单调性: (4)关于函数单调性还有以下一些常见结论: ①两个增(减)函数的和为_____;一个增(减)函数与一个减(增)函数的差是______; ②奇函数在对称的两个区间上有_____的单调性;偶函数在对称的两个区间上有_____的单调性; ③互为反函数的两个函数在各自定义域上有______的单调性; (5)求函数单调区间的常用方法:定义法、图象法、复合函数法、导数法等 (6)应用:比较大小,证明不等式,解不等式。 5. 函数的奇偶性 奇偶性:定义:注意区间是否关于原点对称,比较f (x ) 与f (-x )的关系。f (x ) -
结构化学课后答案第四章
04分子的对称性 【4.1】HCN 和2CS 都是直线型分子,写出该分子的对称元素。 解:HCN :(),C υσ∞∞; CS 2:()()2,,,,h C C i υσσ∞∞∞ 【4.2】写出3H CCl 分子中的对称元素。 解:()3,3C υσ 【4.3】写出三重映轴3S 和三重反轴3I 的全部对称操作。 解:依据三重映轴S 3所进行的全部对称操作为: 1133h S C σ=,2233S C =, 33h S σ= 4133S C =,52 33h S C σ=,63S E = 依据三重反轴3I 进行的全部对称操作为: 1133I iC =,2233I C =,3 3I i = 4133I C =,5233I iC =,63I E = 【4.4】写出四重映轴4S 和四重反轴4I 的全部对称操作。 解:依据S 4进行的全部对称操作为: 1121334 4442444,,,h h S C S C S C S E σσ==== 依据4I 进行的全部对称操作为: 11213344442444,,,I iC I C I iC I E ==== 【4.5】写出xz σ和通过原点并与χ轴重合的2C 轴的对称操作12C 的表示矩阵。 解: 100010001xz σ????=-??????, ()1 2100010001x C ?? ??=-?? ??-?? 【4.6】用对称操作的表示矩阵证明: (a ) ()2xy C z i σ= (b ) ()()()222C x C y C z = (c ) ()2yz xz C z σσ= 解: (a ) ()()11 2 2xy z z x x x C y C y y z z z σ-?????? ??????==-?????? ??????--??????, x x i y y z z -????????=-????????-????
函数的单调性·典型例题精析
2.3.1 函数的单调性·例题解析【例1】求下列函数的增区间与减区间 (1)y=|x2+2x-3| (2)y (3)y = = x x x x x 2 2 2 11 23 - -- --+ || 解(1)令f(x)=x2+2x-3=(x+1)2-4. 先作出f(x)的图像,保留其在x轴及x轴上方部分,把它在x轴下方的图像翻到x轴就得到y=|x2+2x-3|的图像,如图2.3-1所示. 由图像易得: 递增区间是[-3,-1],[1,+∞) 递减区间是(-∞,-3],[-1,1] (2)分析:先去掉绝对值号,把函数式化简后再考虑求单调区间. 解当x-1≥0且x-1≠1时,得x≥1且x≠2,则函数y=-x. 当x-1<0且x-1≠-1时,得x<1且x≠0时,则函数y=x-2. ∴增区间是(-∞,0)和(0,1) 减区间是[1,2)和(2,+∞) (3)解:由-x2-2x+3≥0,得-3≤x≤1. 令u==g(x)=-x2-2x+3=-(x+1)2+4.在x∈[-3,-1] 上是在x∈[-1,1] 上是. 而=在≥上是增函数. y u0 u ∴函数y的增区间是[-3,-1],减区间是[-1,1]. 【例2】函数f(x)=ax2-(3a-1)x+a2在[-1,+∞]上是增函数,求实数a的取值范
围. 解 当a =0时,f(x)=x 在区间[1,+∞)上是增函数. 当≠时,对称轴= , 若>时,由>≤,得<≤. a 0x a 0a 0 3a 10a 131212a a a --??? ?? 若a <0时,无解. ∴a 的取值范围是0≤a ≤1. 【例3】已知二次函数y =f(x)(x ∈R )的图像是一条开口向下且对称轴为x =3的抛物线,试比较大小: (1)f(6)与f(4) (2)f(2)f(15)与 解 (1)∵y =f(x)的图像开口向下,且对称轴是x =3,∴x ≥3时,f(x)为减函数,又6>4>3,∴f(6)<f(4) (2)x 3f(2)f(4)34f(x)x 3∵对称轴=,∴=,而< <,函数在≥15 时为减函数. ∴>,即>.f(15)f(4)f(15)f(2) 【例4】判断函数= ≠在区间-,上的单调性.f(x)(a 0)(11)ax x 2 1 - 解 任取两个值x 1、x 2∈(-1,1),且x 1<x 2. ∵-= ∵-<<<,+>,->,-<,-<.∴ >f(x )f(x )1x x 1x x 10x x 0x 10x 100 12121221a x x x x x x x x x x x x ()()()() ()()()() 122112 22 12 12 122112 22 111111+---+--- 当a >0时,f(x)在(-1,1)上是减函数. 当a <0时,f(x)在(-1,1)上是增函数. 【例5】利用函数单调性定义证明函数f(x)=-x 3+1在(-∞,+∞)上是减函数. 证 取任意两个值x 1,x 2∈(-∞,+∞)且x 1<x 2. ∵-=-++这里有三种证法:当<时,++=+->当≥时,++>f(x )f(x )(x x )(x x x x )()x x 0x x x x (x x )x x 0x x 0x x x x 0 2112221212 1212 1222 122 121212 1222证法一
《函数的单调性和奇偶性》经典例题
经典例题透析 类型一、函数的单调性的证明 1.证明函数上的单调性. 证明:在(0,+∞)上任取x1、x2(x1≠x2),令△x=x2-x1>0 则 ∵x1>0,x2>0,∴∴上式<0,∴△y=f(x2)-f(x1)<0 ∴上递减. 总结升华: [1]证明函数单调性要求使用定义; [2]如何比较两个量的大小?(作差) [3]如何判断一个式子的符号?(对差适当变形) 举一反三: 【变式1】用定义证明函数上是减函数. 思路点拨:本题考查对单调性定义的理解,在现阶段,定义是证明单调性的唯一途径. 证明:设x1,x2是区间上的任意实数,且x1
类型二、求函数的单调区间 2. 判断下列函数的单调区间; (1)y=x2-3|x|+2;(2) 解:(1)由图象对称性,画出草图 ∴f(x)在上递减,在上递减,在上递增. (2) ∴图象为 ∴f(x)在上递增. 举一反三: 【变式1】求下列函数的单调区间: (1)y=|x+1|;(2)(3). 解:(1)画出函数图象, ∴函数的减区间为,函数的增区间为(-1,+∞); (2)定义域为,其中u=2x-1为增函数,
在(-∞,0)与(0,+∞)为减函数,则上为减函数; (3)定义域为(-∞,0)∪(0,+∞),单调增区间为:(-∞,0),单调减区间为(0,+∞). 总结升华: [1]数形结合利用图象判断函数单调区间; [2]关于二次函数单调区间问题,单调性变化的点与对称轴相关. [3]复合函数的单调性分析:先求函数的定义域;再将复合函数分解为内、外层函数;利用已知函数的单调性解决.关注:内外层函数同向变化→复合函数为增函数;内外层函数反向变化→复合函数为减函数. 类型三、单调性的应用(比较函数值的大小,求函数值域,求函数的最大值或最小值) 3. 已知函数f(x)在(0,+∞)上是减函数,比较f(a2-a+1)与的大小. 解:又f(x)在(0,+∞)上是减函数,则. 4. 求下列函数值域: (1);1)x∈[5,10];2)x∈(-3,-2)∪(-2,1); (2)y=x2-2x+3;1)x∈[-1,1];2)x∈[-2,2]. 思路点拨:(1)可应用函数的单调性;(2)数形结合. 解:(1)2个单位,再上移2个单位得到,如图 1)f(x)在[5,10]上单增,;
对称性在结构力学中的应用
土木工程系土木5班徐亚飞529在工程实际中,有很多结构具有对称性,而结构力学研究的就是结构的杆系模型,因此对称性在结构力学中有着广泛的应用。现在业已学完了结构力学,现就对称性在结构力学中的应用做一简单的总结。 所谓结构的对称性,需要满足以下两个方面的要求: (1)结构的几何形状和支撑情况对某一轴线对称; (2)杆件截面和材料的性质也对此轴对称。结构上力的对称性有正对称和反对称两种类型,非对称的力都可以化为正对称力与反对称力的叠加。 一、对称性在求解结构内力中的应用 因为对称结构在对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)是正对称的,其反对称的内力(剪力)是反对称的;在反对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)是反对称的,其反对称的内力(剪力)是正对称的。因此,只要我们做出半边结构的内力图,也就知道了整个结构的内力图。据此,我们在对对称结构进行内力分析时,就可以取半边结构进行分析。取半边结构进行分析,可以减少超静定次数,减少基本未知量,为解题提供了很大的方便。 二、对称性在体系自由振动中的应用 我们知道,结构的频率、主振型及主振型的正交性是结构本身的固有特性,与外界因素无关。只要结构本身和质量分布都是对称的,其振型或为正对称,或为反对称,因此,我们可以选取半边结构计算其相应的自振频率。但其只能应用于两个自由度的振动体系,且自振频率小的为第一振型,较大的为第二振型。运用对称性求解结构的自振频率,避免了求解复杂的频率方程,使得计算大大简化。 三、对称性在结构稳定性分析中的应用 结构的稳定性分析,就是为了确定在新的平衡形式的荷载,即临界荷载。通常的解法是假设新的平衡形式,运用静力平衡法或能量法通过稳定方程求的
分子结构和对称性
普化无机试卷(分子结构和对称性) 一、填空题 1. (1801) ClO 2F 的结构是 ,其点群是 。 2. (1802) 用VSEPR 理论判断H 2Se 和H 3O +的结构和点群分别是H 2Se 和H 3O + 。 3. (1804) 如果金属三羰基化合物分别具有C 3v 、D 3h 和C s 对称性,其中每一种在IR 光谱中的CO 伸缩振动谱带数各有 , 和 个。 4. (1806) PF 5分子和SO 32 -离子的对称群(若有必要,可利用VSEPR 理论确定几何形状)分别是 和 。 5. (1807) NH 4+中的C 3轴有 个,各沿 方向。 6. (1808) 二茂钌分子是五角棱柱形,Ru 原子夹在两个C 5H 5环之间。该分子属 点群, 极性(有、无)。 7. (1809) CH 3CH 3具有S 6轴的构象是 。 8. (1813) (H 3Si)3N 和(H 3C)3N 的结构分别是 和 ,原因是 。 9. (1814) 下列分子(或离子)具有反演中心的是 ,具有S 4轴的是 。 (1) CO 2,(2) C 2H 2,(3) BF 3,(4) SO 42 - 10. (1815) 平面三角形分子BF 3,四面体SO 42 -离子的点群分别是 和 。 11. (1817) 确定下列分子或离子的点群: (1) CO 32 - ;(2) SiF 4 ;(3) HCN ; (4) SiFClBrI 12. (1818) (1) 手性的对称性判据是 。
(2) NH2Cl,CO32-,SiF4,HCN,SiFClBrI,BrF4-中具有光学活性的是。 13. (1822) 分子中的键角受多种因素的影响,归纳这些因素并解释下列现象。 OF2< H2O AsF3 > AsH3 101.5?104.5?96.2?91.8? 14. (1829) 配离子[Cr(ox)3]3-(其中ox代表草酸根[O2CCO2]2-)的结构属于D3群。该分子(是、否)为手性分子。因为。 二、问答题 15. (1800) 绘出或写出AsF5及其与F-形成的配合物的分子形状(若需要,可使用VSEPR理论),并指出其点群。 16. (1803) 有关O2配位作用的讨论中认定氧有O2、O2-和O22-等三种形式。试根据O2的分子轨 道能级图,讨论这些物种作为配体时的键级、键长和净自旋。 17. (1805) 已知N、F、H的电负性值分别为3.04、3.98和2.20,键的极性是N—F大于N—H,但分子的极性却是NH3 >NF3,试加以解释。 18. (1810) (一) 试说明哪些对称元素的存在使分子没有偶极矩? (二) 用对称性判断确定下列分子(或离子)中哪些有极性。 (1) NH2Cl,(2) CO32-,(3) SiF4,(4) HCN,(5) SiFClBrI,(6) BrF4- 19. (1811) 长久以来,人们认为H2与I2的反应是典型的双分子反应:H2和I2通过侧向碰撞形成一个梯形活化配合物,然后I—I键、H—H键断裂,H—I键生成。请从对称性出发,分析这种机理是否合理。 20. (1812) 画出或用文字描述下列分子中对称元素的草图: (1) NH3分子的C3轴和σv对称面; (2) 平面正方形[PtCl4]2-离子的C4轴和σh对称面。 21. (1816) 确定下列原子轨道的对称元素: 轨道。 (1) s轨道;(2) p轨道;(3) d xy轨道;(4) d z2 22. (1819) H2O和NH3各有什么对称元素?分别属于什么点群? 23. (1820)
函数的单调性知识点总结与经典题型归纳
函数的单调性 知识梳理 1. 单调性概念 一般地,设函数()f x 的定义域为I : (1)如果对于定义域I 内的某个区间D 上的任意两个自变量的值12,x x ,当12x x <时,都有12()()f x f x <,那么就说函数()f x 在区间D 上是增函数; (2)如果对于定义域I 内的某个区间D 上的任意两个自变量的值12,x x ,当12x x <时,都有12()()f x f x >,那么就说函数()f x 在区间D 上是减函数. 2. 单调性的判定方法 (1)图像法:从左往右,图像上升即为增函数,从左往右,图像下降即为减函数。 (2)定义法步骤; ①取值:设12,x x 是给定区间内的两个任意值,且12x x < (或12x x >); ②作差:作差12()()f x f x -,并将此差式变形(注意变形到能判断整个差式符号为止); ③定号:判断12()()f x f x -的正负(要注意说理的充分性),必要时要讨论; ④下结论:根据定义得出其单调性. (3)复合函数的单调性: 当内外层函数的单调性相同时则复合函数为增函数;当内外层函数的单调性相反时则复合函数为减函数。也就是说:同增异减(类似于“负负得正”) 3. 单调区间的定义 如果函数()y f x =,在区间D 上是增函数或减函数,那么就说函数在这个区间上具有单调性,区间D 叫做()y f x =的单调区间. 例题精讲 【例1】下图为某地区24小时内的气温变化图. (1)从左向右看,图形是如何变化的 (2)在哪些区间上升哪些区间下降 解:(1)从左向右看,图形先下降,后上升,再下降;
(2)在区间[0,4]和[14,24]下降,在区间[4,14]下降。 【例2】画出下列函数的图象,观察其变化规律: (1)f (x )=x ; ①从左至右图象上升还是下降 ②在区间(-∞,+∞)上,随着x 的增大,f (x )的值随着怎么变化 (2)f (x )=x 2. ①在区间(-∞,0)上,随着x 的增大,f (x )的值随着怎么变化 ②在区间[0 ,+∞)上,随着x 的增大,f (x )的值随着怎么变化 解:(1)①从左至右图象是上升的; ②在区间(-∞,+∞)上,随着x 的增大,f (x )的值随着增大. (2)①在区间(-∞,0)上,随着x 的增大,f (x )的值随着减小; ②在区间[0 ,+∞)上,随着x 的增大,f (x )的值随着增大. 【例3】函数()y f x =在定义域的某区间D 上存在12,x x ,满足12x x <且12()()f x f x <,那么函 数()y f x =在该区间上一定是增函数吗 解:不一定,例如下图: 【例4】下图是定义在闭区间[5,5]-上的函数()y f x =的图象,根据图象说出函数的单调区间,以及在每一单调区间上,它是增函数还是减函数. 解:函数()y f x =的单调区间有[5,2),[2,1),[1,3),[3,5)---; 其中在区间[5,2),[1,3)--上是减函数,在区间[2,1),[3,5)-上是增函数. 【例5】证明函数()32f x x =+在R 上是增函数. 证明:设12,x x 是R 上的任意两个实数,且12x x < (取值) 则1212()()(32)(32)f x f x x x -=+-+ (作差)
结构力学(一)·平时作业2020春华南理工大学网络教育答案
1.叙述结构力学在实际工程领域中的作用。 答: 建筑物、构筑物或其他工程对象中支承和传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构。例如,房屋建筑中由基础、柱、剪力墙梁、板及其他构件组成的结构体系,水工建筑物中的大坝和闻门,公路和铁路桥梁、隧道和涵洞,飞机、汽车中的受力骨架等,都是工程结构的典型例子。 2.简单列举平面体系机动分析的基本方法,并举例说明其中一种方法的使用方法。答: 平面体系机动分析的基本方法:几何不变体系、几何可变体系。 几何不变体系:三刚片规则、二元体规则、两刚片规则。 两刚片规则:两个钢片用一个铰和一个不通过该铰的链杆连接,组成几何不变体系。 几种常用的分析途径 (1)去掉二元体,将体系化简单,然后再分析。 (2)如上部体系与基础用满足要求的三个约束相联可去掉基础,只分析上部。 (3)当体系杆件数较多时,将刚片选得分散些,用链杆组成的虚铰相连,而不用单铰相连。 (4)由一基本刚片开始,逐步增加二元体,扩大刚片的范围,将体系归结为两个刚片或三个刚片相连,再用规则判定。 (5)由基础开始逐件组装。 (6)刚片的等效代换:在不改变刚片与周围的连结方式的前提下,可以改变它的大小、形状及内部组成。即用一个等效(与外部连结等效)刚片代替它。 3.举例说明利用结点法和截面法计算静定桁架内力的基本步骤。 答: 以静定桁架为例:结点法是以结点为隔离体,一次求得两个未知力(单杆);截面法通常截取的隔离体包含两个节点及以上,以此可求得3个未知力(单杆).结点法用通常来求所有杆内力,一般从两个未知力杆结点开始,而截面法通常用来求指定杆内力. 结点法: (1)求支座反力; (2)依次截取各结点,画出受力图,由平衡条件求其未知轴力。 截面法: (1)求反力(同静定梁); (2)作截面(用平截面,也可用曲截面)截断桁架,取隔离体; (3)①选取矩心,列力矩平衡方程(力矩法);②列投影方程(投影法); (4)解方程。 4.举例说明对称性对简化结构力学分析的作用。 答: 对称结构在正对称荷载作用下,其内力和位移都是正对称的;在反对称荷载作用下,其
函数的单调性和奇偶性典型例题
函数的单调性和奇偶性 例1(1)画出函数y=-x2+2|x|+3的图像,并指出函数的单调区间. 解:函数图像如下图所示,当x≥0时,y=-x2+2x+3=-(x-1)2+4;当x<0时,y=-x2-2x+3=-(x+1)2+4.在(-∞,-1]和[0,1]上,函数是增函数:在[-1,0]和[1,+∞)上,函数是减函数. 评析函数单调性是对某个区间而言的,对于单独一个点没有增减变化,所以对于区间端点只要函数有意义,都可以带上. (2)已知函数f(x)=x2+2(a-1)x+2在区间(-∞,4]上是减函数,求实数a的取值范围. 分析要充分运用函数的单调性是以对称轴为界线这一特征. 解:f(x)=x2+2(a-1)x+2=[x+(a-1)]2-(a-1)2+2,此二次函数的对称轴是x =1-a.因为在区间(-∞,1-a]上f(x)是单调递减的,若使f(x)在(-∞,4]上单调递减,对称轴x=1-a必须在x=4的右侧或与其重合,即1-a≥4,a≤-3. 评析这是涉及逆向思维的问题,即已知函数的单调性,求字母参数范围,要注意利用数形结合. 例2判断下列函数的奇偶性: (1)f(x)=- (2)f(x)=(x-1). 解:(1)f(x)的定义域为R.因为 f(-x)=|-x+1|-|-x-1| =|x-1|-|x+1|=-f(x). 所以f(x)为奇函数.
(2)f(x)的定义域为{x|-1≤x<1},不关于原点对称.所以f(x)既不是奇函数,也不是偶函数. 评析用定义判断函数的奇偶性的步骤与方法如下: (1)求函数的定义域,并考查定义域是否关于原点对称. (2)计算f(-x),并与f(x)比较,判断f(-x)=f(x)或f(-x)=-f(x)之一是否成立.f(-x)与-f(x)的关系并不明确时,可考查f(-x)±f(x)=0是否成立,从而判断函数的奇偶性. 例3已知函数f(x)=. (1)判断f(x)的奇偶性. (2)确定f(x)在(-∞,0)上是增函数还是减函数?在区间(0,+∞)上呢?证明你的结论. 解:因为f(x)的定义域为R,又 f(-x)===f(x), 所以f(x)为偶函数. (2)f(x)在(-∞,0)上是增函数,由于f(x)为偶函数,所以f(x)在(0,+∞)上为减函数. 其证明:取x1<x2<0, f(x1)-f(x2)=- ==. 因为x1<x2<0,所以 x2-x1>0,x1+x2<0, x21+1>0,x22+1>0, 得f(x1)-f(x2)<0,即f(x1)<f(x2). 所以f(x)在(-∞,0)上为增函数. 评析奇函数在(a,b)上的单调性与在(-b,-a)上的单调性相同,偶函数在(a,b)与(-b,-a)的单调性相反. 例4已知y=f(x)是奇函数,它在(0,+∞)上是增函数,且f(x)<0,试问F(x)=在(-∞,0)上是增函数还是减函数?证明你的结论.
1.3.1函数的单调性例题
1.3.1函数的单调性 题型一、利用函数的图象确定函数的单调区间 例1.作出下列函数的图象,并写出函数的单调区间 (1)12-=x y ; (2)322++-=x x y ; (3)2 )2(1-++=x x y ; (4)969622++++-=x x x x y 相应作业1:课本P32第3题. 题型二、用定义法证明函数的单调性 用定义法证明函数的单调性步骤:取值 作差变形 定号 下结论 ?取值,即_____________________________; ?作差变形,作差____________,变形手段有__________、_____、_____、_______等; ?定号,即____________________________________________________________; ④下结论,即______________________________________________________。 例2.用定义法证明下列函数的单调性 (1)证明:1)(3 +-=x x f 在()+∞∞-,上是减函数.
▲定义法证明单调性的等价形式: 设[]b a x x ,21∈、,21x x ≠,那么 [])(0) ()(0)()()(2 1212121x f x x x f x f x f x f x x ?>--? >--在[]b a ,上是增函数; [])(0) ()(0)()()(2 1212121x f x x x f x f x f x f x x ?<--? <--在[]b a ,上是减函数. (2)证明:x x x f -+=1)(2在其定义域内是减函数; (3)证明:21 )(x x f = 在()0,∞-上是增函数; 法一: 作差 法二:作商
结构力学对称性应用
对称性应用 在工程问题中,有很多结构都具有对称性。我们对这些结构进行受力分析的时候,常常将结构简化为杆系模型,而结构力学研究的就是结构的杆系模型,因此对称性在结构力学中有着广泛的应用。现在就对称性在结构力学中的应用做一简单的总结。 结构的对称性是指结构的几何形状和支座形式均对称于某一几何轴线。而荷载的对称则分为正对称荷载和反对称荷载。另外需要注意的是杆件截面和材料的性质也要对于此轴对称。在对称荷载作用下,结构内力呈对称分布。在反对称荷载作用下,结构内力呈反对称分布。如下图所示: 对称性在求解结构内力中的应用: 对称结构在正对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)和位移是正对称的,其反对称的内力(剪力)是反对称的;在反对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)和位移是反对称的,其反对称的内力(剪力)是正对称的。因此,只要我们做出半边结构的内力图,也就知道了整个结构的内力图。据此,我们在对对称结构进行内力分析时,就可以取半边结构进行分析。取半边结构进行分析,可以减少超静定次数,减少基本未知量,为解题提供了很大的方便。 在用力法解决超静定问题时,对于对称的结构,可利用对称性简化计算。简化步骤如下:1、选取对称的基本结构。2、将未知力及荷载分组。3、取半结构反对称正对称
进行计算。对于对称结构承受一般非对称荷载时,利用荷载分组,将荷载分解为正、反对称的两组,并将他们分别作用于结构上求解内力,然后将计算结果叠加。在计算对称结构时,根据对称结构特性,可以选取半个结构计算。选取半结构的原则: 1、在对称轴的截面或位于对称轴的节点处 2、按原结构的静力和位移条件设置相应的支撑,使半结构与原结构的内力和变形完全等效 奇数跨对称结构: 偶数跨对称结构:
奇偶性与单调性与典型例题
奇偶性与单调性及典型例题 函数的单调性、奇偶性是高考的重点内容之一,考查内容灵活多样.本节主要帮助考生深刻理解奇偶性、单调性的定义,掌握判定方法,正确认识单调函数与奇偶函数的图象. 难点磁场 (★★★★)设a>0,f(x)=是R上的偶函数,(1)求a的值;(2)证明: f(x)在(0,+∞)上是增函数. 案例探究 [例1]已知函数f(x)在(-1,1)上有定义,f()=-1,当且仅当0 对称性应用 在工程问题中,有很多结构都具有对称性。我们对这些结构进行受力分析的时候,常常将结构简化为杆系模型,而结构力学研究的就是结构的杆系模型,因此对称性在结构力学中有着广泛的应用。现在就对称性在结构力学中的应用做一简单的总结。 结构的对称性是指结构的几何形状和支座形式均对称于某一几何轴线。而荷载的对称则分为正对称荷载和反对称荷载。另外需要注意的是杆件截面和材料的性质也要对于此轴对称。在对称荷载作用下,结构内力呈对称分布。在反对称荷载作用下,结构内力呈反对称分布。如下图所示: 对称性在求解结构内力中的应用: 对称结构在正对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)和位移是正对称的,其反对称的内力(剪力)是反对称的;在反对称荷载作用下,其对称的内力(弯矩和轴力)和位移是反对称的,其反对称的内力(剪力)是正对称的。因此,只要我们做出半边结构的内力图,也就知道了整个结构的内力图。据此,我们在对对称结构进行内力分析时,就可以取半边结构进行分析。取半边结构进行分析,可以减少超静定次数,减少基本未知量,为解题提供了很大的方便。 在用力法解决超静定问题时,对于对称的结构,可利用对称性简化计算。简化步骤如下:1、选取对称的基本结构。2、将未知力及荷载分组。3、取半结构进行计算。对于对称结构承受一般非对称荷载时,利用荷载分组,将荷载分解为正、反对称的两组,并将他们分别作用于结构上求解内力,然后将计算结果叠加。在计算对称结构时,根据对称结构特性,可以选取半个结构计算。选取半结构的反对称 正对称 原则: 1、在对称轴的截面或位于对称轴的节点处 2、按原结构的静力和位移条件设置相应的支撑,使半结构与原结构的内力和变形完全等效 奇数跨对称结构: 偶数跨对称结构: 在用位移法求解超静定结构的时候,同样可以利用对称性简化计算。分析可 手性分子和旋光性 一、手性分子与非手性分子 不具有对称面和对称中心的分子有一个重要的特点,就是实体和镜象不能重叠,其关系正和左、右手的关系相似,因此现在普遍地称这类分子为手 它可以写出结构式(i)和(ii),(i)和(ii)与左、右手一样具有实体和镜象的关系,因此乳酸是一个手性分子。实体和镜象互称为对映体。一对对映体从表观上看,它们是“非常对称”的,这种实体和镜象不能重叠的而表观上或结构上又“非常对称”的关系可看作是一种“特殊的对称”。 从对称因素考虑,乳酸只有一个C 简单对称轴,任何一个物体或分子旋转360° 1 (n=1)时,都可复原。为了和许多其它只具有C n>1简单对称轴的手性分子区别开来,所以把这种手性分子称为不对称分子,而后者称为非对称分子。 乳酸分子还有一个特点,它的一个碳原子和四个不同的基团相连,这种碳原子称为不对称碳原子或手性碳原子,氮、磷、硫原子也可连接不同的基团,这种原子,均可称为手性中心。现在已知绝大多数手性分子(不对称分子)含有一个或多个不对称碳原子,但并不能因此就将含有手性碳原子作为产生手性分子的绝对条件,产生手性分子的必要与充分条件是实体和镜象不能重叠。 二、对映体和光活性 实体和镜象不能重叠的分子成为一对对映体。这二者的物理性质及化学性质,如溶解度、熔点、密度、焓等,都是相同的。它们的化学反应性能也是相同的,只有在特殊的环境下,如在手性溶剂或试剂存在下,才表现出差异,生物体内的大多数反应是在手性的环境下进行的。但一对对映体对偏振光的作用不同,一个可以把偏振光向左旋,另一个则把偏振光向右旋,而非手性分子对偏振光没有这种作用,因此手性分子又称为光活性分子。光活性并不是手性分子的唯一特征,个别手性分子显示不出旋光性来,因此用手性这个名词,就更恰当一些。偏振光是检查手性分子的一种最常用的方法,因此需要对它略加讨论。 普通的光线含有各种波长的射线,是在各个不同的平面上振动的,图3-1(i)代表一束光线朝着我们的眼睛直射过来,它包含有在各个平面上(如A,B,C,D…)振动的射线,假若使光线通过一个电气石制的棱镜,又叫尼可尔(Nicol)棱镜,一部分射线就被阻挡不能通过,这是因为这种棱镜具有一种特殊的性质,只有和棱镜的晶轴平行振动的射线才能全部通过。假若这个棱镜的晶轴是直立的,那么只有在这个垂直平面上振动的射线才可通过,这种通过棱镜的光叫做平面偏光。图3-1(ii)表示凡在虚线平面上振动的射线都将受到全部地或者部分地阻挡。图3-1(iii)表示通过棱镜的光线是仅含有在箭头所示平面上振动的偏光。 用两块电气石制的棱镜放在眼睛和一个光源之间,若两个棱镜的轴彼此平行,则通过第一个棱镜的射线也可通过第二个棱镜,我们看到的是透明的图3-2(i),若两个棱镜的轴互相垂直,通过第一个棱镜的射线就不能通过第二个棱镜,此时看到两镜相交处是不透明的[图3-2(ii)]。电气石棱镜对于光的作用可以用一本书和一 § 1.2.1 函数的概念 ¤知识要点: 1. 设 A 、B 是非空的数集,如果按某个确定的对应关系 f ,使对于集合 A 中的任意一个数 x ,在集合 B 中都有唯一确定的数 y 和它对应,那么就称 f :A →B 为从集合 A 到集合 B 的一个函数,记作 y = f (x) , x A .其中, x 叫自变量, x 的取值范 围 A 叫作定义域,与 x 的值对应的 y 值叫函数值,函数值的集合 { f ( x) | x A} 叫值域 . 2. 设 a 、b 是两个实数,且 a 函数的基本性质(考点加经典例题分析) 函数的基本性质 函数的三个基本性质:单调性,奇偶性,周期性 一、单调性 1、定义:对于函数)(x f y =,对于定义域内的自变量的任意两个值2 1 ,x x ,当 2 1x x <时,都有))()()(()(2 1 2 1 x f x f x f x f ><或,那么就 说函数)(x f y =在这个区间上是增(或减)函数。 2、图像特点:在单调区间上增函数的图象从左到右是上升的,减函数的图象从左到右是下降的。(提示:判断函数单调性一般都使用图像法,尤其是分段函数的单调性。) 3.二次函数的单调性:对函数c bx ax x f ++=2 )() 0(≠a , 当0>a 时函数)(x f 在对称轴a b x 2-=的左侧单调减小,右侧单调增加; 当0 6.函数的单调性的应用: 判断函数)(x f y =的单调性;比较大小;解不等式;求最值(值域)。 例4:求函数12-=x y 在区间]6,2[上的最大值和最小值. 二、奇偶性 1.定义: 如果对于f(x)定义域内的任意一个x,都有)()(x f x f =-,那么函数f(x)就叫偶函数; (等价于:0)()()()(=--?=-x f x f x f x f ) 如果对于f(x)定义域内的任意一个x,都有)()(x f x f -=-,那么函数f(x)就叫奇函数。 (等价于:0)()()()(=+-?-=-x f x f x f x f ) 注意:当0)(≠x f 时,也可用1)()(±=-x f x f 来判断。 2.奇、偶函数的必要条件:函数的定义域在数轴上所示的区间关于原点对 称。 若函数)(x f 为奇函数,且在x=0处有定义,则0)0(=f ; 3.判断一个函数的奇偶性的步骤 函数的单调性及典型习题 一、函数的单调性 1、定义: (1)设函数y f (x) 的定义域为A,区间 M A ,如果取区间 M 中的任意两个值x1, x2 ,当改变量x 2 x1 时,都有f ( x 2) f ( x1 ) 0,那么就称函数y f ( x) 在区间M上是增函数,如图(1)当改变量x2x10 时,都有 f ( x2 ) f (x1) 0,那么就称函数y f (x) 在区间M上是减函数,如图(2) 注意:函数单调性定义中的x1,x2有三个特征,一是任意性,二是有大小,三是同属于一个单调区间.2、巩固概念: 1、定义的另一种表示方法 如果对于定义域I内某个区间 D 上的任意两个自变量x1,x2,若f ( x 1 ) f (x2 )0 即 x1x2 y ,则函数 y=f(x)是增函数,若f ( x1 ) f ( x2 ) 0 即y0 ,则函数y=f(x)为减函数。 x1x2 x x 判断题: ①已知 f (x)1 1) f(2) ,所以函数 f ( x) 是增函数. 因为 f ( x ②若函数 f ( x) 满足 f (2) f (3)则函数 f ( x) 在区间2,3 上为增函数. ③若函数 f ( x) 在区间 (1,2] 和 (2,3) 上均为增函数,则函数 f ( x) 在区间 (1,3) 上为增函数. ④ 因为函数 1 在区间,0),(0,) 上都是减函数,所以 f ( x) 1 f ( x)在 x x ( ,0)(0, ) 上是减函数. 通过判断题,强调几点: ①单调性是对定义域内某个区间而言的,离开了定义域和相应区间就谈不上单调性. ②对于某个具体函数的单调区间,可以是整个定义域 ( 如一次函数 ) ,可以是定义域内某个 区间 ( 如二次函数 ) ,也可以根本不单调 ( 如常函数 ) . ③单调性是对定义域的某个区间上的整体性质,不能用特殊值说明问题。 ④函数在定义域内的两个区间A,B 上都是增(或减)函数,一般不能认为函数在 A B 上 是增(或减)函数. 熟记以下结论,可迅速判断函数的单调性. 1.函数 y =- f ( x )与函数 y = f ( x )的单调性相反. 1 2.当 f ( x )恒为正或恒为负时,函数 y = f ( x) 与 y = f ( x )的单调性相反. 3.在公共区间内,增函数+增函数=增函数,增函数-减函数=增函数等 3.判断函数单调性的方法 ( 1)定义法. ( 2)直接法.运用已知的结论,直接得到函数的单调性,如一次函数,二次函数的单 调性均可直接说出. ( 3)图象法. 例 1、证明函数 f ( x) 1 )是减函数. 在( 0, + x 练习 1:证明函数 f ( x) x 在 0, 上是增函数. 1 1 x 例 2、设函数 f (x )= x 2 + lg 1 x ,试判断 f ( x )的单调性,并给出证明. 例 3、求下列函数的增区间与减区间 (1)y = |x 2 + 2x - 3| x 2 2x (2)y = 1| 1 |x (3)y = x 2 2x 3结构力学对称性应用
手性分子与旋光性
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函数的基本性质(考点加经典例题分析)
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