如何求出一个周期函数的最小正周期?

如何求出一个周期函数的最小正周期?

周期函数的定义: 是定义在 上的函数,若存在非零常数 ,满足

以上是我们中学时所接触的定义。事实上,周期函数与圆周的拓扑性质有关。

我们完全可以将周期函数等价地定义为:圆周上的函数。

显然,选择圆周上任意一点,从某时刻 开始沿着圆周匀速旋转,每当我们经过周期时间 而回到先前的出发点,其所对应的函数值都是同一个。

这和拓扑有什么关系?

定义 上的等价关系:若 ,即 与 相差一个整数(此时周期为 ),我们就说 商去这个等价关系后得到的商拓扑空间同胚于圆周,记为 .

由我们中学所学的三角函数线可知, 都是定义在单位圆上的函数,结合上面所述它们都是周期函数。

我之前写过一篇文章——

简单汇集了一下关于连续函数周期是否存在的常见问题。

另外补充一点:两函数复合时 ,如果 是周期函数,则 是周期函数。当然 的定义域要包含 的值域。结论成立原因通过我们上面的分析立即得出: 是定义在圆周上(拓扑意义)的函数。

迪利克雷函数没有最小正周期,因为任何非零有理数都是周期。

关于它,我们从拓扑角度去理解,就是引入无穷多个互素的周期:全体素数倒数。

也就是说上图的定义域螺旋可以逐渐卷紧,逼近一条直线。而对于存在最小正周期的函数,其定义域螺旋具有刚性,无法进一步收缩。