將函數表示成奇函數與偶函數之和

多項式函數 指數函數 自己畫
奇、偶函數皆顯示 只顯示奇函數 只顯示偶函數

說明

若一個函數 $f$ 對每個其定義域中的 $x$ 都有 $f(-x)=f(x)$,則稱此函數為偶函數。由此定義可知其函數的函數圖形左右對稱於 $y$ 軸。偶函數的例子有 $f(x)=x^2$,$f(x)=\cos(x)$
而若一個函數 $f$ 對每個其定義域中的 $x$ 都有 $f(-x)=-f(x)$,則稱此函數為奇函數,其函數圖形點對稱於原點。奇函數的例子有 $f(x)=x^3$,$f(x)=\sin(x)$

給定一個函數,可以將其表示成奇函數與偶函數之和,且其表示法是唯一的。假設 $O(x)$ 是奇函數、 $E(x)$ 是偶函數,由定義可列出:
$$ \left\{\begin{aligned} f(x)&=E(x)+O(x)\\ f(-x)&=E(x)-O(x) \end{aligned}\right. $$ 可得: $$ \begin{aligned} O(x)=\frac{f(x)-f(-x)}{2}\\ E(x)=\frac{f(x)+f(-x)}{2} \end{aligned} $$

接下來證明其唯一性。假設 $f(x)$ 除了 $O_1(x)+E_1(x)$ 之外,還可寫成 $O_2(x)+E_2(x)$,也就是 $O_1(x)+E_1(x)=O_2(x)+E_2(x)$。得 $$ \begin{aligned}g(x)&=O_1(x)-O_2(x)\\&=E_2(x)-E_1(x)\end{aligned} $$ 容易看出 $g(x)$ 同時為奇函數與偶函數,也就是 $g(x)=0$(若函數 $f$ 同時為奇函數與偶函數,即 $f(-x)=f(x)=-f(x)$,易得 $f(x)=0$)。如此,由上式即可得 $O_1(x)=O_2(x)$ 與 $E_1(x)=E_2(x)$。所以這兩種寫法是相同的,也就是只有一種寫法。

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