Giáo án Hình học 11: Phép dời hình và phép đồng dạng trong mặt phẳng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:46

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo án "Hình học 11: Phép dời hình và phép đồng dạng trong mặt phẳng" trình bày tóm tắt lý thuyết trọng tâm, các dạng toán và bài tập chủ đề phép dời hình và phép đồng dạng trong mặt phẳng, có đáp án và lời giải chi tiết, giúp học sinh lớp 11 tham khảo khi học chương trình Hình học 11. Mời quý thầy cô và các em cùng tham khảo giáo án tại đây.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo án Hình học 11: Phép dời hình và phép đồng dạng trong mặt phẳng

BÀI GIẢNG PHÉP DỜI HÌNH VÀ PHÉP ĐỒNG DẠNG TRONG MẶT PHẲNG BÀI 1: PHÉP BIẾN HÌNH – PHÉP TỊNH TIẾN Mục tiêu  Kiến thức + Nắm được định nghĩa phép biến hình, một số thuật ngữ và kí hiệu liên quan. + Nắm được định nghĩa phép tịnh tiến. + Biết vẽ ảnh và xác định được ảnh của một hình qua phép tịnh tiến. + Nắm được tính chất của phép tịnh tiến.  Kĩ năng + Biết vận dụng định nghĩa và tính chất của phép biến hình và phép tịnh tiến để xác định ảnh của một điểm, một đường thẳng,… cho trước. + Biết vận dụng phép tịnh tiến để giải một số bài toán về quỹ tích. Trang 1
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM 1. Phép biến hình Định nghĩa Quy tắc đặt tương ứng mỗi điểm M của mặt phẳng với một điểm xác định duy nhất M’ của mặt phẳng đó gọi là phép biến hình trong mặt phẳng. Kí hiệu Ví dụ. Hình chiếu của điểm A lên đường Phép biến hình là F và viết F ( M ) = M ' hay M ' = F ( M ) . thẳng d là điểm H. Khi đó ta có phép biến hình biến điểm A thành H. Khi đó M’ gọi là ảnh của M qua phép biến hình F. Nếu ℘ là một hình nào đó trong mặt phẳng thì ta kí hiệu ℘'= F (℘) là tập hợp các điểm ảnh của M thuộc ℘ . Khi đó ta nói F biến hình ℘ thành hình ℘' hay ℘' từ ảnh của hình ℘ qua phép biến hình F. F ( A ) = H được gọi là phép chiếu vuông Phép biến hình biến mỗi điểm M của mặt phẳng thành chính góc lên đường thẳng d. nó được gọi là phép đồng nhất. 2. Phép tịnh tiến Định nghĩa  Trong mặt phẳng cho vectơ u . Phép biến hình biến   mỗi điểm M thành điểm M’ sao cho MM ' = u gọi là  phép tịnh tiến theo vectơ u , kí hiệu Tu   Như vậy Tu ( M ) =M ' ⇔ MM ' = u. Nhận xét. • Phép tịnh tiến theo vectơ-không chính là Tính chất   phép đồng nhất. a) Nếu = Tu ( M ) M = '; Tu ( N ) N ' thì M ' N ' = MN • Phép tịnh tiến được xác định khi có Từ đó suy ra M ' N ' = MN . vectơ tịnh tiến, tức là biết điểm đầu, b) Phép tịnh tiến biến: điểm cuối của vectơ hoặc biết hướng và • Đường thẳng thành đường thẳng song song độ dài của vectơ. hoặc trùng với nó. • Phép tịnh tiến bảo toàn khoảng cách giữa • Đoạn thẳng thành đoạn thẳng bằng nó. hai điểm bất kì. • Tam giác thành tam giác bằng nó. • Góc thành góc bằng nó. • Đường tròn thành đường tròn cùng bán kính. Biểu thức tọa độ Chú ý. Nếu quên công thức này ta chỉ cần cho Trang 2
  Trong mặt phẳng Oxy cho điểm M ( x; y ) và vectơ MM ' = u , từ đó suy ra các tọa độ tương ứng  bằng nhau. u ( a; b ) . Gọi điểm M ' ( x '; y ' ) là ảnh của điểm M ( x; y ) qua  phép tịnh tiến theo vectơ u .  x '= x + a Khi đó   y '= y + b HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC: PHÉP TỊNH TIẾN 1. Định nghĩa   Tu ( M ) =M ' ⇔ MM ' = u 2. Biểu thức tọa độ M ( x; y )  → M ' ( x '; y ' ) u T  x '= x + a   y '= y + b 3. Tính chất Tu ( M ) M = ='; Tu ( N ) N '    ⇒ M 'N ' = MN ⇒ M 'N ' = MN  Phép tịnh tiến biến: • Đường thẳng thành đường thẳng song song hoặc trùng với nó. • Đoạn thẳng thành đoạn thẳng bằng nó. • Tam giác thành tam giác bằng nó. • Góc thành góc bằng nó. • Đường tròn thành đường tròn cùng bán kính. II. CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Phép biến hình Ví dụ mẫu Ví dụ 1. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, chứng tỏ quy tắc đặt tương ứng điểm M ( x; y ) với điểm M ' ( y; − x ) là một phép biến hình. Hướng dẫn giải Với mỗi điểm M ( x; y ) , theo quy tắc trên thì luôn tồn tại điểm M’ sao cho F= ( M ) M ' ( y; − x ) . Như vậy, với mọi điểm M thì luôn tồn tại ảnh là M’. (1) Giả sử qua quy tắc trên, điểm M ( x; y ) có hai ảnh là M ' ( x '; y ' ) và M '' ( x ''; y '' ) Trang 3
x ' = y  x '' = y Ta có  và  y ' = −x  y '' = − x Suy ra x ' =x ''; y ' =y '' ⇒ M ' ≡ M '' (2) Từ (1) và (2), suy ra: quy tắc trên là một phép biến hình. x ' = −x Ví dụ 2. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, xét phép biến hình sau: F ( M ( x; y ) ) = M ' ( x '; y ' ) với   y '= y + 1 a) Xác định ảnh của điểm M (1;2 ) qua phép biến hình F. b) Xác định phương trình đường thẳng ∆ ' là ảnh của đường thẳng ∆ : x − y + 1 =0 qua phép biến hình F. c) Xác định phương trình đường tròn ( C ' ) là ảnh của đường tròn ( C ) qua phép biến hình F: ( C ) : x 2 + y2 − 2 x − 4 y + 1 =0 Hướng dẫn giải  x ' =− x =−1 a) M ' ( x '; y ' )= F ( M ) ⇔  ⇒ M ' ( −1;3 ) y ' = y + 1 = 2 + 1 = 3 b) M ( x; y ) ∈ ∆ thì= F ( M ) M ' ( x ' y ') ∈ ∆ ' x ' = −x x = −x ' Suy ra  ⇔ y ' = y +1 y = y '− 1 Lúc đó M ( − x '; y '− 1) ∈ ∆ nên ( − x ' ) − ( y '− 1) + 1 = 0 ⇔ − x '− y '+ 2 = 0 ⇔ x '+ y '− 2 = 0 Vậy ∆ ' : x '+ y '− 2 =0 là ảnh của đường thẳng ∆ qua phép biến hình F. c) Gọi M ( x; y ) ∈ ( C ) ⇒ F= ( M ) M ' ( x '; y ' ) ∈ ( C ' ) x ' = −x x = −x ' Suy ra  ⇔ y ' = y +1 y = y '− 1 Mà M ∈ ( C ) nên ( − x ' ) − ( y '− 1) + 2 ( x ' ) − 4 ( y '− 1) + 1 = 0 ⇔ ( x ' ) + ( y ' ) + 2 x '− 6 y '+ 6 = 0 2 2 2 2 Vậy ( C ' ) : x 2 + y 2 + 2 x − 6 y + 6 =0 là ảnh của đường tròn ( C ) . Bài tập tự luyện dạng 1 Câu 1: Quy tắc nào dưới đây là phép biến hình? A. Điểm O cho trước đặt tương ứng với O, còn nếu M khác O thì M ứng với M’ sao cho    OM − OM ' = 0. B. Điểm O cho trước ứng với điểm O, còn M khác O thì M ứng với M’ sao cho tam giác OMM’ là tam giác vuông cân đỉnh O. C. Điểm O cho trước ứng với điểm O, còn M khác O thì M ứng với M’ sao cho tam giác MM’ là tam giác đều. D. Điểm O cho trước đặt tương ứng với O, còn M khác O thì M ứng với M’ sao cho OM ' = 2OM . Trang 4
Câu 2: Cho phép biến hình F đặt tương ứng điểm M ( x M ; yM ) , điểm M ' ( x '; y ' ) theo công thức =x ' xM − 1 F: . Ảnh của điểm A (1;2 ) qua phép biến hình F là: =y ' yM + 2 A. A ' (1;4 ) B. A ' ( 2;0 ) C. A ' (1; −2 ) D. A ' ( 0;4 ) Câu 3: Cho phép biến hình F đặt tương ứng điểm M ( x M ; yM ) với điểm M ' ( x '; y ' ) theo công thức  x ' = xM  . Tính độ dài đoạn thẳng PQ với P, Q tương ứng là ảnh của điểm A (1; −2 ) và B ( −1;2 ) qua =y ' yM + 1 phép biến hình F. A. PQ = 2 B. PQ = 2 5 C. PQ = 3 2 D. PQ = 4 2 Câu 4: Cho phép biến hình F đặt tương ứng điểm M ( x M ; yM ) với điểm M ' ( x '; y ' ) theo công thức =x ' xM + 1 x 2 y2 F: . Viết phương trình elip ( E ' ) là ảnh của elip ( E ) : + 1 qua phép biến hình F. = =y ' yM − 1 9 4 ( x − 1) ( y + 1) ( x − 1) ( y − 1) 2 2 2 2 A. ( E ' ) : + = 1 B. ( E ' ) : + = 1 9 4 9 4 ( x − 1) ( x − 1) 2 2 y2 y2 C. ( E ' ) : + = 1 D. ( E ' ) : + = 1 9 4 9 4 Dạng 2: Biểu thức tọa độ của phép tịnh tiến Phương pháp giải  Trong mặt phẳng Oxy cho điểm M ( x; y ) và vectơ Ví dụ. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho v = ( −2;3 ) .  u ( a; b ) . Gọi điểm M ' ( x '; y ' ) là ảnh của điểm Hãy tìm ảnh của các điểm A (1; −1) , B ( 4;3) qua phép   M ( x; y ) qua phép tịnh tiến theo vectơ u . tịnh tiến theo vectơ v . Hướng dẫn giải  x '= x + a Khi đó:   y '= y + b  x '= x − 2 Biểu thức tọa độ của phép tịnh tiến Tv là   y '= y + 3 Ta có điểm A (1; −1) .  x ' = 1 + ( −2 ) A ' ( x= '; y ' ) Tv ( A ) ⇒   y ' =−1 + 3  x ' = −1 ⇔ ⇒ A ' ( −1;2 ) y ' = 2 Tương tự ta có ảnh của B là điểm B ' ( 2;6 ) Ví dụ mẫu Trang 5
 Ví dụ 1. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho = v (1; −3) và đường thẳng d có phương trình 2 x − 3 y + 5 =0. Viết phương trình đường thẳng d’ là ảnh của d qua phép tịnh tiến Tv . Hướng dẫn giải Cách 1: Sử dụng biểu thức tọa độ của phép tịnh tiến. Lấy điểm M ( x; y ) tùy ý thuộc d, ta có: 2 x − 3 y + 5 =0 (* ) x ' = x +1 x =x '− 1 Gọi M ' ( x '; y ' ) = Tv ( M ) ⇒  ⇔ y ' = y − 3 y = y '+ 3 Thay vào (*) ta được phương trình: 2 ( x '− 1) − 3 ( y '+ 3) + 5 = 0 ⇔ 2 x '− 3 y '− 6 = 0 Vậy ảnh của d là đường thẳng d ' : 2 x − 3 y − 6 =. 0 Cách 2: Sử dụng tính chất của phép tịnh tiến Do d ' = Tv ( d ) nên d’ song song hoặc trùng với d, vì vậy phương trình đường thẳng d’ có dạng 2 x − 3y + c =0 (** ) Lấy điểm M ( −1;1) ∈ d . Khi đó M ' = Tv ( M ) = ( −1 + 1;1 − 3) = ( 0; −2 ) Do M ' ∈ d ' nên 2.0 − 3. ( −2 ) + c =0 ⇔ c =−6 Vậy ảnh của d là đường thẳng d ' : 2 x − 3 y − 6 =0 Cách 3: Để viết phương trình d’ ta lấy hai điểm phân biệt M, N thuộc d, tìm tọa độ các ảnh M’, N’ tương ứng của chúng qua Tv . Khi đó d’ đi qua hai điểm M’ và N’. Ví dụ 2. Trong mặt phẳng Oxy, cho đường tròn ( C ) có phương trình x 2 + y 2 + 2 x − 4 y − 4 =0 . Tìm ảnh  của ( C ) qua phép tịnh tiến theo vectơ = v ( 2; −3 ) . Hướng dẫn giải Cách 1: Sử dụng biểu thức tọa độ. Lấy điểm M ( x; y ) tùy ý thuộc đường tròn ( C ) , ta có: x 2 + y 2 + 2 x − 4 y − 4 =0 (* ) x ' = x+2 x = x '− 2 Gọi M ' ( x '; y ' ) = Tv ( M ) ⇒  ⇔ y ' = y −3 y = y '+ 3 Thay vào phương trình (*), ta được: ( x '− 2 ) + ( y '+ 3) + 2 ( x '− 2 ) − 4 ( y '+ 3) − 4 = 2 2 0 ⇔ x '2 + y '2 − 2 x '+ 2 y '− 7 =0 Vậy ảnh của ( C ) là đường tròn ( C ' ) : x 2 + y 2 − 2 x + 2 y − 7 =0 Cách 2: Sử dụng tính chất của phép tịnh tiến. Dễ thấy ( C ) có tâm I ( −1;2 ) và bán kính R = 3 . Gọi C ' = Tv ( ( C ) ) và I ' ( x '; y ' ) ; R ' là tâm và bán kính của ( C ' ) . Trang 6
 x =−1 + 2 =1 Ta có   y =2 − 3 =−1 Suy ra I ' (1; −1) và R=' R= 3 . Vậy phương trình của đường tròn ( C ' ) là ( x − 1) + ( y + 1) = 2 2 9. Ví dụ 3. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường thẳng d : 3 x + y − 9 =0 . Tìm phép tịnh tiến theo vectơ  v có giá song song với Oy biến d thành d’ đi qua điểm A (1;1) . Hướng dẫn giải   v có giá song song với Oy= nên v ( 0; k )( k ≠ 0 ) Lấy M ( x; y ) ∈ d ⇒ 3 x + y − 9 =0 (* ) =  x ' x= x x ' Gọi M ' ( x '; y ' ) = Tv ( M ) ⇒  ⇔ y ' =y+k y = y '− k Thay vào (*), ta có 3 x '+ y '− k − 9 = d ) d ' : 3x + y − k = 0 hay Tv (= −9 0 Mà d’ đi qua A (1;1) nên k = −5  Vậy =v ( 0; −5) Ví dụ 4. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho hai đường thẳng d : 2 x − 3 y + 3 =0 và d ' : 2 x − 3 y − 5 =0 . Tìm  tọa độ v có phương vuông góc với d để Tv ( d ) = d ' . Hướng dẫn giải  Đặt v = ( a; b ) , lấy điểm M ( 0;1) ∈ d . Giả sử M ' ( x '; y ' ) = Tv ( M ) . x ' = a Ta có  thay vào d’ ta được phương trình 2 a − 3b = 8.  y '= 1 + b  Vectơ pháp tuyến của đường thẳng d là = n ( 2; −3)  Suy ra vectơ chỉ phương của d là u = ( 3;2 )    Do v ⊥ u nên v.u =0 ⇒ 3a + 2 b =0  16  a=   16 24  2 a − 3b = 8  13 . Ta có hệ phương trình  ⇔ Vậy = v  ;−  3a + 2 b = 0 b = − 24  13 13   13 Bài tập tự luyện dạng 2 Câu 1: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A ( 3; −3) . Ảnh của điểm A qua phép tịnh tiến theo vectơ  v = ( −1;3) là: Trang 7
A. A ' ( 2; −6 ) B. A ' ( 2;0 ) C. A ' ( 4;0 ) D. A ' ( −2;0 )  Câu 2: Cho ba điểm M ( 2;3) ; N ( −4;1) ; P ( 6;5) . Ảnh của N qua phép tịnh tiến theo vectơ MP là: A. N ' ( 0;3) B. N ' ( −3;7 ) C. N ' ( 3;7 ) D. N ' ( 3;0 ) Câu 3: Trong mặt phẳng với hệ trục tọa độ Oxy, cho điểm M ( −10;1) và M ' ( 3;8 ) . Phép tịnh tiến theo   vectơ v biến điểm M thành điểm M’, khi đó tọa độ của vectơ v là: A. ( −13;7 ) B. (13; −7 ) C. (13;7 ) D. ( −13; −7 )  Câu 4: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho hai điểm M ( 0;2 ) , N ( −2;1) và vectơ v (1;2 ) . Phép tịnh tiến theo  vectơ v biến M, N thành hai điểm M’, N’ tương ứng. Tính độ dài M’N’. A. M ' N ' = 5 B. M ' N ' = 7 C. M ' N ' = 1 D. M ' N ' = 3 Câu 5: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho ∆ABC biết A ( 2;4 ) , B ( 5;1) , C ( −1; −2 ) . Phép tịnh tiến theo  vectơ BC biến ∆ABC thành ∆A ' B ' C ' tương ứng các điểm. Trọng tâm G’ của ∆A ' B ' C ' là: A. G ' ( −4; −2 ) B. G ' ( 4;2 ) C. G ' ( 4; −2 ) D. G ' ( −4;4 ) Câu 6: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, tìm phương trình đường thẳng ∆ ' là ảnh của đường thẳng  ∆ : x + 2y −1 =0 qua phép tịnh tiến theo vectơ v (1; −1) A. ∆ ' : x + 2 y = 0 B. ∆ ' : x + 2 y − 3 =0 C. ∆ ' : x + 2 y + 1 =0 D. ∆ ' : x + 2 y + 2 =0 Câu 7: Trong mặt phẳng Oxy, cho hai đường thẳng song song d và d’ lần lượt có phương trình là 0 và 3 x − 2 y + 1 = 3x − 2 y = 0 . Phép tịnh tiến theo vectơ nào sau đây biến đường thẳng d thành d’?     A. = v (1; −2 ) B. v =( −1; −2 ) C. v =( −1; −1) D. =v (1; −1) Câu 8: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, phương trình đường tròn ( C ') là ảnh của đường tròn  ( C ) : x 2 + y2 − 2 x + 4 y − 1 = 0 qua Tv với v = (1;2 ) là: A. ( x + 2 ) + y 2 =6 B. ( x − 2 ) + y 2 = 2 2 6 C. x 2 + y 2 − 2 x − 5 = 0 D. 2 x 2 + 2 y 2 − 8 x + 4 = 0  Câu 9: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho v = ( −2;1) và đường thẳng  d : 2 x − 3= y − 5 0 . Biết vectơ w = ( a; b ) có phương vuông góc với đường thẳng d để y + 3 0; d1 : 2 x − 3= d1 là ảnh của d qua phép tịnh tiến Tw . Khi đó a + b bằng: 6 16 −8 5 A. B. C. D. 13 13 13 13 Câu 10: Cho hình vuông ABCD trong đó A ( −1;1) , C ( 3;5) . Phương trình ảnh của đường tròn nội tiếp  1  hình vuông ABCD qua phép tịnh tiến theo vectơ v = AC là: 2 A. ( x − 3) + ( y − 5) = B. ( x + 1) + ( y − 1) = 2 2 2 2 4 16 C. ( x − 2 ) + ( y − 1) = D. ( x − 3) + ( y − 5) = 2 2 2 2 8 16 --------------------------HẾT------------------------ Trang 8
ĐÁP ÁN Dạng 1: Phép biến hình 1–A 2–D 3–B 4–A Câu 1:      Ta có OM − OM ' = 0 ⇔ MM ' = 0 ⇔ M ' ≡ M . Quy tắc đặt này là phép đồng nhất. Do đó chọn A. Các quy tắc còn lại không là phép biến hình. + Đáp án B, C do không nói góc vuông là góc lượng giác nên luôn tồn tại hai ảnh của M. + Yếu tố thẳng hàng hay không thẳng hàng đủ để thấy rõ ảnh của M không duy nhất. Câu 2:  x ' = xM − 1 = 1 − 1 = 0 Theo công thức, ta có:  ⇒ A ' ( 0;4 )  y ' = yM + 2 = 2 + 2 = 4 Câu 3:  x ' = xM  Theo công thức  , ta có: P (1; −1) , Q ( −1;3) ⇒ PQ = ( −2;4 ) ⇒ PQ = 2 5. =y ' yM + 1 Câu 4: x M2 yM2 Gọi M ( x M ; yM ) ∈ ( E ) : + 1 (1) = 9 4 x ' = xM + 1  xM =x '− 1 Với = F ( M ) M ' ( x '; y ' ) ∈ ( E ' ) , theo công thức  ⇔ y ' = yM − 1  yM = y '+ 1 ( x '− 1) ( y '+ 1) 2 2 Thay vào (1) ta có + = 1 9 4 ( x '− 1) ( y '+ 1) 2 2 Phương trình của ( E ' ) là + = 1 9 4 Dạng 2: Biểu thức tọa độ của phép tịnh tiến 1–B 2–A 3–C 4–A 5–A 6–A 7–C 8–B 9–C 10 - A Câu 1:    x= x A + xv x = 3 −1 = 2 Ta có Tv ( A ) =A ' ( x A ; y A ) ⇔ AA ' = ⇒ A ' ( 2;0 ) . A' v⇔ ⇒  A'  yA ' =yA + yv  yA ' =−3 + 3 =0 Câu 2:  Ta có MP = ( 4;2 )  Gọi N ' ( x '; y ' ) là ảnh của N ( −4;1) qua phép tịnh tiến theo vectơ MP .  x '= x + a  x ' =−4 + 4  x =0 Áp dụng biểu thức tọa độ của phép tịnh tiến  , ta có:  ⇔  y '= y + b y ' = 1+ 2 y = 3 Vậy N ' ( 0;3) Câu 3: Trang 9
 Ta có MM ' = (13;7 ) .    Tv ( M ) = M ' ⇔ MM ' = v ⇔ v = (13;7 ) Câu 4:  T ( M ) = M ' ( −2 − 0 ) + (1 − 2 ) 2 2 Ta có  v ⇒ MN = M ' N ' = = 5  Tv ( N ) = N ' Câu 5:  Ta có tọa độ trọng tâm ∆ABC là G ( 2;1) ; BC =( −6; −3) .    x= x G + x    x G ' =2 − 6 =−4  ( G )= G ' ( x ; y ) ⇔ GG = ⇒ G ' ( −4; −2 ) G' BC T G' G' ' BC ⇔  ⇒   yG ' =yG + y  yG ' =1 − 3 =−2 BC  BC Câu 6: Cách 1: ( A ) A ' ( 2; −1) ∈ ∆ ' Chọn A (1;0 ) ∈ ∆ ⇒ Tv = Chọn B ( −1;1) ∈ ∆ ⇒ = Tv ( B ) B ' ( 0;0 ) ∈ ∆ ' Đường thẳng ∆ ' chính là đường thẳng A’B’.  Đường thẳng ∆ ' qua A ' ( 2;1) và có một vec tơ pháp tuyến n = (1;2 ) có phương trình là ∆ ' :1 ( x − 2 ) + 2 ( y + 1) = 0 ⇔ x + 2 y = 0 . Cách 2: Vì Tv ( ∆ ) =∆ ' nên ∆ ', ∆ là hai đường thẳng cùng phương. Do đó ∆ ' có dạng x + 2 y + m = 0. Chọn A (1;0 ) ∈ ∆ ⇒ Tv = ( A ) A ' ( 2; −1) ∈ ∆ ' ⇒= m 0 Vậy phương trình đường thẳng ∆ ' : x + 2 y = 0 Cách 3: Sử dụng quỹ tích Lấy M ( x M ; yM ) ∈ ∆ ⇔ x M + 2 yM − 1 = 0 (1) x ' = xM + 1  xM =x '− 1 Tv ( M ) M ' ( x '; y ' ) ∈ ∆ ' ⇔  Ta có= ⇔ y ' = yM − 1  yM = y '+ 1 Thay vào (1) ta được ( x '− 1) + 2 ( y '− 1) − 1 = 0 ⇔ x '+ 2 y ' = 0 Vậy ∆ ' : x + 2 y = 0 Nhận xét: Sử dụng cách 3 có tính tư duy cao hơn, nhanh hơn và áp dụng cho nhiều loại hình khác nhau. Câu 7:  Gọi v = ( a; b ) là vectơ tịnh tiến biến d thành d’. Khi đó M ( x; y ) ∈ d biến thành điểm M ' ( x '; y ' ) ∈ d ' x ' = x + a x = x '− a Áp dụng công thức  ⇒ y ' = y + b y = y '− b Thay vào phương trình d ta có 3 ( x '− a ) − 2 ( y '− b ) =0 ⇔ 3 x '− 2 y '− 3a + 2 b =0 Trang 10
Để biến d thành d’ thì −3a + 2 b =1  Chọn a = −1; b =−1 hay v = ( −1; −1) thỏa mãn. Câu 8: Cách 1: Theo tính chất của phép tịnh tiến biến đường tròn thành đường tròn có cùng bán kính. Ta có đường tròn ( C ) có tâm I (1; −2 ) , bán kính R = 6   x '= x + 1 Với phép tịnh tiến theo v = (1;2 ) thì ta có   y '= y + 2 Suy ra Tv ( I ) = I ' ( 2;0 ) Vậy đường tròn ( C ' ) có tâm I ' ( 2;0 ) , bán kính R=' R= 6 có phương trình ( x − 2 ) + y 2 = 2 6. Cách 2: Sử dụng quỹ tích. x ' = x +1 x = x '− 1 ( M ) M ' ( x '; y ' ) ⇒  Gọi M ( x; y ) ∈ ( C ) ⇒ Tv= ⇔ y ' = y+2 y = y '− 2 Thay x, y vào phương trình đường tròn ( C ) , ta có: ( x '− 1) + ( y '− 2 ) 0 ( x ' ) + ( y ' ) − 4 x '− 2 = − 2 ( x '− 1) + 4 ( y '− 2 ) − 1 =⇔ 2 2 2 2 0 Vậy ( C ' ) : ( x − 2 ) + y 2 = 2 6 Câu 9:   Đường thẳng d có vec tơ pháp tuyến là n = ( 2; −3) ⇒ w = ( 2m; −3m ) . Tw ( M ) M ' ( 2 m;1 − 3m ) với M ∈ d . = Tw ( d= ) d ' ⇒ d ' có dạng 2 x − 3y + β = 0 Vì d’ qua M’ nên 4 m − 3 + 9m + β = 0 ⇔ β = 3 − 13m 8 Vậy d ' : 2 x − 3 y + 3 − 13m =0 . Để d1 ≡ d ' thì 3 − 13m =−5 ⇔ m = 13   16 24  8 Suy ra w = ; −  ⇒ a + b =−  23 13  13 Câu 10: Bán kính của đường tròn ( C ) là R = 2  1  Ta = có v = AC ( 2;2 ) 2 Tâm I của đường tròn là trung điểm của đoạn AC nên I (1;3)  x ' =1 + 2 =3 Xét Tv ( I ) = I ' ( x '; y ' ) . Ta có  ⇒ I ' ( 3;5) y ' = 3 + 2 = 5  Qua phép tịnh tiến theo vectơ v ảnh của ( C ) là đường tròn ( C ' ) có tâm I’ và bán kính R = 2 . Vậy ảnh của đường tròn ( C ) có phương trình là: ( C ' ) : ( x − 3) + ( y − 5) = 2 2 4. Trang 11
Trang 12
BÀI 2: PHÉP QUAY Mục tiêu  Kiến thức + Nắm được định nghĩa phép quay, một số thuật ngữ và kí hiệu liên quan. + Nắm vững tính chất phép quay. + Nắm được biểu thức tọa độ của phép quay với góc quay đặc biệt.  Kĩ năng + Biết vận dụng định nghĩa và tính chất của phép quay để xác định ảnh của một điểm, một đường thẳng,… cho trước. + Biết vận dụng phép quay để giải một số bài toán về quỹ tích, chứng minh hai hình bằng nhau. Trang 1
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM Định nghĩa phép quay Cho điểm O và góc lượng giác α . Phép biến hình biến điểm O thành chính nó, biến mỗi điểm M khác O thành điểm M’ sao cho OM ' = OM và góc lượng giác ( OM; OM ' ) bằng α được gọi là phép quay tâm O góc α . Điểm O được gọi là tâm quay, còn α được gọi là + Chiều dương của phép quay là chiều dương của góc quay của phép quay đó. đường tròn lượng giác nghĩa là chiều ngược với Phép quay tâm O góc α thường được kí hiệu là chiều quay của kim đồng hồ. Q(O;α ) . + Khi α =( 2k + 1) π , k ∈  thì Q(O;α ) là phép đối OM = OM ' xứng tâm O. Q(O;α ) ( M=) ⇔ ( ) M '   + Khi = α 2kπ , k ∈  thì Q(O;α ) là phép đồng nhất.  OM, OM ' = α ' Biểu thức tọa độ của phép quay Đặc biệt: Trong mặt phẳng Oxy cho M ( x; y ) , M ' ( x '; y ' ) và π x ' = −y Nếu α = thì  2 y ' = x Q(O;α ) ( M ) = M ' π x ' = y =  x ' x cos α − y sin α Nếu α = − thì  Khi đó ta có:  2 y ' = − x =  y ' x sin α + y cos α x ' = −x Trong mặt phẳng Oxy, cho Nếu α = ±π thì  y ' = −y M ( x; y ) , M ' ( x '; y ' ) , I ( a; b ) và Q( I ;α ) ( M ) = M '  x '− a = ( x − a ) cos α − ( y − b ) sin α Khi đó ta có:   y '− b = ( x − a ) sin α + ( y − b ) cos α Tính chất của phép quay Nếu Q(O;α ) ( A ) = A ' và Q(O;α ) ( B ) = B ' thì Tính chất 1: Phép quay bảo toàn khoảng cách giữa A ' B ' = AB hai điểm bất kỳ (hay phép quay là một phép dời hình). Nhận xét: Cho đường thẳng d và Q(O;α ) ( d ) = d ' . Tính chất 2: Phép quay biến đường thẳng thành đường thẳng, biến đoạn thẳng thành đoạn thẳng Khi đó: bằng nó, biến tam giác thành tam giác bằng nó, Nếu α= π + kπ thì d ' ⊥ d 2 biến đường tròn thành đường tròn cùng bán kính. Nếu α = k 2π , O tùy ý hoặc= α kπ , O ∈ d thì M ' ⇔ Q(O;−α ) ( M ' ) = Tính chất 3: Q(O;α ) ( M ) = M d' ≡ d. (sử dụng cho các bài toán ngược: tìm tạo ảnh). Nếu α = π + k 2π , O ∉ d thì d '/ / d Trang 2
 π α khi 0 < α ≤ 2 ( ) Nếu 0 < α < π thì d ,d ' =  π − a khi π ≤ α < π  2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG HÓA PHÉP QUAY 1. Phép quay tâm O, góc quay α Kí hiệu Q(O;α ) . OM = OM ' Q(O;α ) ( M=) M' ⇔   (  OM, OM ' = α ' ) Q(O;α ) ( M ( x; y ) ) = M ' ( x '; y ' ) = x ' x cos α − y sin α ⇒ = y ' x sin α + y cos α π x ' = −y + Nếu α = thì  2 y ' = x π x ' = y + Nếu α = − thì  2 y ' = − x x ' = −x + Nếu α = ±π thì  y ' = −y 2. Phép quay tâm I ( a; b ) , góc quay α Q( I ;α ) ( M ( x; y ) ) = M ' ( x '; y ' )  x '− a = ( x − a ) cos α − ( y − b ) sin α ⇒  y '− b = ( x − a ) sin α + ( y − b ) cos α II. CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Khai thác định nghĩa, tính chất và ứng dụng phép quay Phương pháp giải + Sử dụng định nghĩa hoặc tính chất của phép quay. + Xác định ảnh của một điểm, một hình qua phép quay. + Tìm quỹ tích điểm thông qua phép quay. + Các yếu tố liên quan đến phép quay là tam giác đều, tam giác cân, tam giác vuông. Từ đó ứng dụng phép quay để giải bài toán hình học khác. Ví dụ mẫu Ví dụ 1. Có bao nhiêu điểm biến thành chính nó qua phép quay tâm O, góc quay α = π + k 2π , k ∈  ? Trang 3
A. Không có. B. Một. C. Hai. D. Vô số. Hướng dẫn giải Q(O;α ) ( M ) = M khi M ≡ O tâm quay. Chọn B. Ví dụ 2. Cho hình chữ nhật ABCD có tâm O. Hỏi bao nhiêu phép quay tâm O, góc quay α ,0 ≤ α ≤ 2π , biến hình chữ nhật thành chính nó? A. Không có. B. Một. C. Hai. D. Vô số. Hướng dẫn giải Khi góc quay α = 0 hoặc α = 2π thì phép quay biến hình chữ nhật thành chính nó. Chọn C. Ví dụ 3. Cho tam giác đều ABC có tâm O. Phép quay tâm O góc quay ϕ biến tam giác đều thành chính nó thì góc quay ϕ là góc nào sau đây? π 2π 3π π A. B. C. D. 3 3 2 2 Hướng dẫn giải OA = OB ) B ⇔   Q(O;ϕ ) ( A = ( ) 2π  OA, OB= ϕ=' 3 Chọn B. Ví dụ 4. Chọn 12 giờ làm mốc, kim giờ chỉ một giờ đúng thì kim phút đã quay được một góc bao nhiêu độ? A. 360° B. −360° C. −180° D. 720° Hướng dẫn giải Khi kim giờ chỉ đến một giờ đúng thì kim phút quay được đúng một vòng theo chiều âm và được một góc là −360° . Chọn B. Chú ý: Chiều “dương” của góc quay là chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ, chiều “âm” của góc quay là chiều cùng chiều quay của kim đồng hồ. Bài tập tự luyện dạng 1 Câu 1: Cho hai điểm phân biệt A, B và Q( A;30°) ( B ) = C . Mệnh đề nào sau đây đúng? Trang 4
A.  ABC= 30° B.  ABC= 90° C.  ABC= 45° D.  ABC= 75° Câu 2: Cho hình vuông tâm O. Hỏi có bao nhiêu phép quay tâm O góc quay α ( 0 ≤ α ≤ 2π ) biến hình vuông thành chính nó? A. 1. B. 2. C. 3. D. 4. Câu 3: Cho tam giác đều ABC. Hãy xác định góc quay của phép quay tâm A biến B thành C? A. ϕ= 30° B. ϕ= 90° C. ϕ = −120° D. ϕ= 60° hoặc ϕ =−60° Câu 4: Cho ∆ABC đều (thứ tự các đỉnh theo chiều dương lượng giác). Kết luận nào sau đây sai? A. Q π ( B) = C B. Q π (C) = B C. Q 7π  (C) = B D. Q 7π  ( A) = C  A; 3   A ;−   A ;−   A ;−     3  3   3  Câu 5: Cho hai đường tròn cùng bán kính ( O ) và ( O ' ) tiếp xúc ngoài nhau. Có bao nhiêu phép quay góc biến hình tròn ( O ) thành ( O ' ) ? A. 0. B. 1. C. 2. D. Vô số. Câu 6: Cho hình lục giác đều ABCDEF tâm O. Ảnh của ∆AOF qua phép quay tâm O góc quay 120° là: A. ∆OAB B. ∆BOC C. ∆DOC D. ∆EOD Câu 7: Chọn 12 giờ làm mốc, khi kim đồng hồ chỉ 5 giờ đúng thì kim giờ đã quay được một góc bao nhiêu độ? A. 270° B. −360° C. −150° D. 135° Câu 8: Cho hai điểm phân biệt I, M và Q( I ;−32π ) ( M ) = N . Mệnh đề nào sau đây đúng? A. M là trung điểm của đoạn IN. B. N là trung điểm của đoạn IM. C. I là trung điểm của đoạn MN. D. M ≡ N . Câu 9: Cho hình thoi ABCD có góc  ABC= 60° (các đỉnh của hình thoi ghi theo chiều kim đồng hồ). Ảnh của cạnh CD qua phép quay Q(O;60°) là: A. AB. B. BC. C. CD. D. DA. Dạng 2: Xác định ảnh của điểm, đường thẳng qua phép quay Phương pháp giải 1. Xác định ảnh của một điểm qua phép quay: Sử Ví dụ 1. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, phép quay dụng biểu thức tọa độ của phép quay. tâm O góc quay 90° biến điểm M (1;2 ) thành điểm nào? Hướng dẫn giải Biểu thức tọa độ của phép quay x ' = −y Q(O;90°) : M ( x; y ) → M ' ( x '; y ' ) ⇒  y ' = x  x ' =− y =−2 Với M (1;2 ) , ta có:   y =' x= 1 Vậy M ' ( −2;1) Trang 5
2. Xác định ảnh ∆ ' của đường thẳng ∆ qua phép Ví dụ 2. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho quay. đường thẳng d ' : 5 x − 3 y + 15 = 0 . Tìm ảnh d’ của d qua phép quay Q(O;90°) với O là gốc tọa độ? Hướng dẫn giải Cách 1: Chọn hai điểm A, B phân biệt trên ∆ . Xác Cách 1: Chọn A ( 0;5) ∈ d , B ( −3;0 ) ∈ d định ảnh A’, B’ tương ứng. Đường thẳng ∆ ' cần tìm Q(O;90°) ( A ) = A ' ( −5;0 ) ∈ d '; là đường thẳng qua hai điểm A’, B’. Q(O;90°) ( B= ) B ' ( 0; −3) ∈ d ' Đường thẳng d’ là đường thẳng có phương trình là: A ' B ' : 3 x + 5 y + 15 = 0 Cách 2: Áp dụng tính chất phép quay Q(O;α ) biến Cách 2: Vì góc quay là 90° nên d ⊥ d ' . Khi đó d’ có phương trình là 3 x + 5 y + c =0 đường thẳng ∆ thành đường thẳng ∆ ' có góc ( ∆, ∆ ' ) =α hoặc π − a (đơn vị rađian). Chọn A ( 0;5) ∈ d Khi đó Q(O;90°) ( A )= A ' ( −5;0 ) ∈ d ' ⇒ c= 15 Vậy d ' : 3 x + 5 y + 15 = 0 Cách 3: Sử dụng quỹ tích: Cách 3: Sử dụng quỹ tích: + Với mọi điểm M ( x; y ) ∈ ∆ : Q(O;α ) ( M ) = M ' ( x '; y ' ) Với mọi điểm M ( x; y ) ∈ d thì O;90° ) ( thì M ' ∈ ∆ ' Q(= M ) M ' ( x '; y ' ) ∈ d ' . + Từ biểu thức tọa độ rút x, y thế vào phương trình x ' = −y x = y' đường thẳng ∆ ta được phương trình đường thẳng Ta có biểu thức tọa độ:  ⇒ y ' = x y = −x ' Thay x, y vào phương trình đường thẳng d ta được: d ' : 3 x + 5 y + 15 = 0. 3. Xác định ảnh của một hình H (đường tròn, elip, Ví dụ 3. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho parabol,…) đường tròn ( C ) : ( x − 1) + ( y − 2 ) = 2 4. 2 + Sử dụng quỹ tích: Với mọi điểm: Tìm ảnh ( C ' ) của đường tròn ( C ) qua Q(O;90°) M ( x; y ) ∈ H : Q(O;α ) ( M ) = M ' ( x '; y ' ) thì M ' ∈ H ' Hướng dẫn giải + Với đường tròn áp dụng tính chất của phép quay Với mọi M ( x; y ) ∈ ( C ) thì biến đường tròn thành đường tròn có cùng bán kính O;90° ) ( hoặc sử dụng quỹ tích. Q(= M ) M ' ( x '; y ' ) ∈ ( C ' ) x ' =−y y = −x ' Biểu thức tọa độ  ⇒ =  y ' x= x y ' Thay tọa độ vào đường tròn (C) , ta có: Trang 6
( y '− 1) + ( − x '− 2 ) = 4 ⇔ ( x '+ 2 ) + ( y '− 1) = 4 2 2 2 2 Vậy ( C ) : ( x + 2 ) + ( y − 1) = 2 2 4 Ví dụ mẫu Ví dụ 1. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, phép quay tâm O góc quay 90° biến điểm M ( −3;5) thành điểm nào? A. ( 3;4 ) B. ( −5; −3) C. ( 5; −3) D. ( −3; −5) Hướng dẫn giải  x ' =− y =−5 Biểu thức tọa độ của phép quay Q(O;90°) : M ( x; y ) → M ' ( x '; y ' ) ⇒   y ' = x = −3  x ' = −5 Suy ra M ' :  . Vậy M ' ( −5; −3) . y ' = 3 Chọn B. Cách 2: Biểu diễn tọa độ của điểm M trên hệ trục tọa độ Oxy, ta tìm được ảnh của M qua phép quay là M ' ( −5; −3) . Cách 3: Gọi M ' ( x '; y ' ) . OM = OM '  =34 x '2 + y '2  x ' = −5 Q(O;α ) ( M ) = M ' ⇔    ⇔ ⇒ OM.OM ' = 0 −3 x '+ 5 y ' = 0  y ' = −3 Ví dụ 2. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm M (1;1) . Hỏi điểm nào sau đây là ảnh của điểm M qua phép quay tâm O ( 0;0 ) , góc quay 45° ? A. M ' ( 2;0 ) ( B. M ' 0; 2 ) C. M ' ( 0;1) D. M ' (1; −1) Hướng dẫn giải Xét Q(O;90°) : M ( x; y ) → M ' ( x '; y ' )  2 2  x ' =x cos ϕ − y sin ϕ = x − y  2 2 Biểu thức tọa độ:   y ' =x sin ϕ + y cos ϕ = 2 x + 2 y  2 2  x ' = 0 Với M (1;1) , ta có:   y ' = 2 ⇒ M ' 0; 2 . ( ) Chọn B. Bài tập tự luyện dạng 2 Câu 1: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A ( x; y ) . Biểu thức tọa độ của điểm A ' = Q(O;90°) ( A ) là: Trang 7
x ' = y x ' = −y x ' = −y x ' = y A.  B.  C.  D.  y ' = −x y ' = x y ' = −x y ' = x Câu 2: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A ( x; y ) . Biểu thức tọa độ của điểm A ' = Q(O;−90°) ( A ) là: x ' = y x ' = −y x ' = −y x ' = y A.  B.  C.  D.  y ' = −x y ' = x y ' = −x y ' = x Câu 3: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A ( 4;1) . Tọa độ của điểm A ' = Q(O;−90°) ( A ) là: A. A ' ( −1;4 ) B. A ' (1; −4 ) C. A ' ( 4; −1) D. A ' ( −4; −1) Câu 4: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho hình vuông ABCD tâm I (1;2 ) , biết điểm A ( 4;5) . Khi đó với B ( x B ; yB ) , C ( xC ; yC ) , D ( x D ; yD ) thì x B . xC . x D bằng: A. 12. B. 8. C. 16. D. 32. Câu 5: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường thẳng d : x + y + 1 =0 , điểm I (1; −2 ) , phép quay Q(O;90°) ( d ) = d ' . Phương trình đường thẳng d’ là: A. − x + y − 2 =0 B. x − y − 1 =0 C. x − y + 3 =0 D. x − y − 3 =0 Câu 6: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A ( 0;3) . Ảnh của A qua phép quay A ' = Q(O;−45°) là:  1 3  3 1  −3 1   3 2  A. A '  ;  B. A '  ;  C. A '  ;  D. A '  ;   2 2 4 4  2 2  2 2 Câu 7: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho I ( 2;1) và đường thẳng d : 2 x + 3 y + 4 =. 0 Ảnh của d qua Q( I ;45°) là: A. − x + 5 y − 2 + 3 2 =0 B. − x + 5 y − 3 + 10 2 =0 C. x − 5 y + 3 + 2 =0 D. − x + 5 y − 3 + 11 2 =0 Câu 8: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường tròn ( C ) : x 2 + y 2 + 6 x + 5 =0 . Ảnh đường tròn ( C ' ) của ( C ) qua Q(O;90°) là: A. x 2 + ( y − 3) = C. x 2 + ( y + 3) = 2 2 4 B. x 2 + y 2 + 6 y − 6 =0 4 D. x 2 + y 2 + 6 y − 5 =0 Câu 9: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho phép quay tâm O góc quay 45° . Ảnh của đường tròn ( C ) : ( x − 1) 2 4 là: + y2 = 2 2 2 2  2  2  2  2 A.  x −  +  y −  = 4 B.  x +  +  y +  = 4  2   2   2   2    2 2  2  2 C.  x −  +y+  = 4 D. x 2 + y 2 + 2 x + 2 y − 2 =0  2   2   Câu 10: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, viết phương trình các cạnh AC, BC của ∆ABC biết 2 3 A (1;2 ) , B ( 3;4 ) = và cos A = ,cos B 5 10 Trang 8