Bài 4. Phép quay và phép đối xứng tâm

Câu 12 trang 18 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho phép quay Q tâm O với góc quay \(\varphi \) và cho đường thẳng d. Hãy nêu cách dựng ảnh d' của d qua phép quay Q

Lời giải chi tiết

Ảnh d’ của đường thẳng d qua phép quay  \(Q(O; φ)\) có thể dựng như sau:

Lấy hai điểm A, B phân biệt trên d, rồi dựng ảnh A’, B’ của chúng. Đường thẳng d’ là đường thẳng đi qua A’ và B’

trithuchub.com

Câu 13 trang 18 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho hai tam giác vuông cân OAB và OA'B' có chung đỉnh O sao cho O nằm trên đoạn thẳng AB' và nằm ngoài đoạn thẳng A'B (h.16). Gọi G và G' lần lượt là trọng tâm các tam giác OAA' và OBB'.Chứng minh GOG' là tam giác vuông cân.

Lời giải chi tiết

Gọi Q là phép quay tâm O, góc quay \({\pi \over 2}\) (bằng góc lượng giác (OA ; OB)).

Khi đó Q:

+) biến O thành O

+) biến A thành B

+) biến A’ thành B’

Tức là Q biến tam giác OAA’ và OBB’

Bởi vậy Q biến G (trọng tâm tam giác OAA’) thành G’ (trọng tâm tam giác OBB’).

Suy ra \(OG = OG’\) và \(\widehat {GOG'} = {\pi \over 2}\)

Vậy GOG’ là tam giác vuông cân tại đỉnh O

Chú ý: Phép quay Q biến trọng tâm G tam giác ABC thành trọng tâm G’ của tam giác A’B’C’ ảnh của △ABC qua Q được suy ra từ phép quay Q biến trung điểm của đoạn thẳng thành trung điểm đoạn thẳng.

Nghĩa là do phép quay Q biến AA' thành BB' thì biến trung điểm M của AA' thành trung điểm N của BB'.

Do đó Q biến OM thành ON. Khi đó Q biến G (thuộc OM) thành G' (thuộc ON) và \(OG' = OG = \frac{2}{3}OM = \frac{2}{3}ON\).

Vậy Q biến G thành G' là trọng tâm tam giác OBB'.

 trithuchub.com

Câu 14 trang 18 SGK Hình học 11 Nâng cao

Câu 15 trang 18 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho phép đối xứng tâm \({D_O}\) và đường thẳng d không đi qua O. Hãy nêu cách dựng ảnh d' của đường thẳng d qua \({D_O}\). Tìm cách dựng d' mà chỉ sử dụng compa một lần và thước thẳng ba lần

Lời giải chi tiết

Cách dựng ảnh d’ của d như sau: Lấy hai điểm A, B phân biệt trên d rồi dựng ảnh A’, B’ của chúng. Đường thẳng d’ là đường thẳng đi qua A’ và B’

Ta có thể dựng cụ thể như sau:

- Dựng đường tròn \((O ; R)\) sao cho nó cắt d tại hai điểm phân biệt A, B. (dùng compa)

- Dựng đường thẳng AO cắt đường tròn đó tại A’ (thước thẳng)

- Dựng đường thẳng BO cắt đường tròn đó tại B’ (thước thẳng)

- Dựng đường thẳng d’ đi qua A’ và B’ (thước thẳng).

Phép dựng trên đây sử dụng compa một lần và thước thẳng ba lần.

trithuchub.com

Câu 16 trang 19 SGK Hình học 11 Nâng cao

Câu 17 trang 19 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho hai điểm cố định B, C trên đường tròn \((O; R)\) và một điểm A thay đổi trên đường tròn đó. Hãy dùng phép đối xứng tâm để chứng minh rằng trực tâm H của tam giác ABC nằm trên một đường tròn cố định

Hướng dẫn. Gọi I là trung điểm BC . Hãy vẽ đường kính AM của đường tròn rồi chứng minh rằng I là trung điểm của đoạn thẳng HM

Lời giải chi tiết

Nếu BC là đường kính thì tam giác ABC vuông tại A, do đó H trùng A nằm trên (O;R) cố định.

Nếu BC không là đường kính thì vẽ đường kính AM của đường tròn.

Khi đó,

BH // MC (vì cùng vuông góc với AC)

CH // MB (vì cùng vuông góc với AB)

Do đó BHCM là hình bình hành nên BC và MH cắt nhau tại trùng điểm I của mỗi đường.

Hay I là trung điểm của MH.

Vậy phép đối xứng qua điểm I biến M thành H.

Khi A chạy trên đường tròn \((O ; R)\) thì M chạy trên đường tròn \((O ; R)\).

Do đó, H nằm trên đường tròn là ảnh của đường tròn \((O ; R)\) qua phép đối xứng tâm I.

 trithuchub.com

Câu 18 trang 19 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Cho đường tròn \((O; R)\) , đường thẳng \(△\) và điểm I . Tìm điểm A trên \((O; R)\) và điểm B trên \(△\) sao cho I là trung điểm của đoạn thẳng AB

Lời giải chi tiết

Giả sử ta đã có điểm A trên đường tròn \((O ; R)\) và điểm B trên △ sao cho I là trung điểm của đoạn thẳng AB

Phép đối xứng tâm Đ_I biến điểm B thành điểm A nên biến đường thẳng \(△\) thành đường thẳng \(△’\) đi qua A.

Mặt khác A lại nằm trên \((O ; R)\) nên A phải là giao điểm của \(△’\) và \((O ; R)\)

Suy ra cách dựng:

Dựng đường thẳng \(△’\) là ảnh của \(△\) qua phép đối xứng tâm Đ_I. Lấy A là  giao điểm (nếu có) của \(△’\) và \((O ; R)\), còn B là giao điểm của đường thẳng AI và đường thẳng \(△\)

 trithuchub.com

Câu 19 trang 19 SGK Hình học 11 Nâng cao

Đề bài

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường thẳng \(\Delta :ax + by + c = 0\) và điểm \(I\left( {{x_0};{y_o}} \right)\). Phép đối xứng tâm \({D_I}\) biến đường thẳng \(△\) thành đường thẳng \(△’\). Viết phương trình của \(△’\)

Lời giải chi tiết

Giả sử \(M (x , y) \in △\) và \(M’ (x’ , y') \in △’\) và I là trung điểm của MM’ nên:

\(\left\{ \begin{array}{l}
{x_0} = \frac{{x + x'}}{2}\\
{y_0} = \frac{{y + y'}}{2}
\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}
x + x' = 2{x_0}\\
y + y' = 2{y_0}
\end{array} \right.\)

\(\Rightarrow \left\{ {\matrix{{x = 2{x_0} - x'} \cr {y = 2{y_0} - y'} \cr} } \right.\)

\(M(x , y) ∈△\) nên

\(\begin{array}{l}
a\left( {2{x_0} - x'} \right) + b\left( {2{y_0} - y'} \right) + c = 0\\
\Leftrightarrow 2a{x_0} - ax' + 2b{y_0} - by' + c = 0\\
\Leftrightarrow 2a{x_0} + 2b{y_0} + c = ax' + by'\\
\Leftrightarrow ax' + by' - \left( {2a{x_0} + 2b{y_0} + c} \right) = 0
\end{array}\)

Vậy M’ nằm trên đường thẳng ảnh \(△’\) có phương trình:

\(ax + by - \left( {2a{x_0} + 2b{y_0} + c} \right) = 0\)

trithuchub.com