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          高中數(shù)學(xué)對稱問題分類探析

          2022-01-09
          更三高考院校庫

          對稱問題是高中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容之一,在高考數(shù)學(xué)試題中常出現(xiàn)一些構(gòu)思新穎解法靈活的對稱問題,為使對稱問題的知識(shí)系統(tǒng)化,本文特作以下歸納。

          一、點(diǎn)關(guān)于已知點(diǎn)或已知直線對稱點(diǎn)問題

          1、設(shè)點(diǎn)P(x,y)關(guān)于點(diǎn)(a,b)對稱點(diǎn)為P′(x′,y′),

          x′=2a-x

          由中點(diǎn)坐標(biāo)公式可得:y′=2b-y

          2、點(diǎn)P(x,y)關(guān)于直線L:Ax+By+C=O的對稱點(diǎn)為

          x′=x-(Ax+By+C)

          P′(x′,y′)則

          y′=y-(AX+BY+C)

          事實(shí)上:∵PP′⊥L及PP′的中點(diǎn)在直線L上,可得:Ax′+By′=-Ax-By-2C

          解此方程組可得結(jié)論。

          (- )=-1(B≠0)

          特別地,點(diǎn)P(x,y)關(guān)于

          1、x軸和y軸的對稱點(diǎn)分別為(x,-y)和(-x,y)

          2、直線x=a和y=a的對標(biāo)點(diǎn)分別為(2a-x,y)和(x,2a-y)

          3、直線y=x和y=-x的對稱點(diǎn)分別為(y,x)和(-y,-x)

          例1 光線從A(3,4)發(fā)出后經(jīng)過直線x-2y=0反射,再經(jīng)過y軸反射,反射光線經(jīng)過點(diǎn)B(1,5),求射入y軸后的反射線所在的直線方程。

          解:如圖,由公式可求得A關(guān)于直線x-2y=0的對稱點(diǎn)

          A′(5,0),B關(guān)于y軸對稱點(diǎn)B′為(-1,5),直線A′B′的方程為5x+6y-25=0

          `C(0, )

          `直線BC的方程為:5x-6y+25=0

          二、曲線關(guān)于已知點(diǎn)或已知直線的對稱曲線問題

          求已知曲線F(x,y)=0關(guān)于已知點(diǎn)或已知直線的對稱曲線方程時(shí),只須將曲線F(x,y)=O上任意一點(diǎn)(x,y)關(guān)于已知點(diǎn)或已知直線的對稱點(diǎn)的坐標(biāo)替換方程F(x,y)=0中相應(yīng)的作稱即得,由此我們得出以下結(jié)論。

          1、曲線F(x,y)=0關(guān)于點(diǎn)(a,b)的對稱曲線的方程是F(2a-x,2b-y)=0

          2、曲線F(x,y)=0關(guān)于直線Ax+By+C=0對稱的曲線方程是F(x-(Ax+By+C),y-(Ax+By+C))=0

          特別地,曲線F(x,y)=0關(guān)于

          (1)x軸和y軸對稱的曲線方程分別是F(x,-y)和F(-x,y)=0

          (2)關(guān)于直線x=a和y=a對稱的曲線方程分別是F(2a-x,y)=0和F(x,2a-y)=0

          (3)關(guān)于直線y=x和y=-x對稱的曲線方程分別是F(y,x)=0和F(-y,-x)=0

          除此以外還有以下兩個(gè)結(jié)論:對函數(shù)y=f(x)的圖象而言,去掉y軸左邊圖象,保留y軸右邊的圖象,并作關(guān)于y軸的對稱圖象得到y(tǒng)=f(|x|)的圖象;保留x軸上方圖象,將x軸下方圖象翻折上去得到y(tǒng)=|f(x)|的圖象。

          例2(全國高考試題)設(shè)曲線C的方程是y=x3-x。將C沿x軸y軸正向分別平行移動(dòng)t,s單位長度后得曲線C1:

          1)寫出曲線C1的方程

          2)證明曲線C與C1關(guān)于點(diǎn)A( , )對稱。

          (1)解 知C1的方程為y=(x-t)3-(x-t)+s

          (2)證明 在曲線C上任取一點(diǎn)B(a,b),設(shè)B1(a1,b1)是B關(guān)于A的對稱點(diǎn),由a=t-a1,b=s-b1,代入C的方程得:

          s-b1=(t-a1)3-(t-a1)

          `b1=(a1-t)3-(a1-t)+s

          `B1(a1,b1)滿足C1的方程

          `B1在曲線C1上,反之易證在曲線C1上的點(diǎn)關(guān)于點(diǎn)A的對稱點(diǎn)在曲線C上

          `曲線C和C1關(guān)于a對稱

          我們用前面的結(jié)論來證:點(diǎn)P(x,y)關(guān)于A的對稱點(diǎn)為P1(t-x,s-y),為了求得C關(guān)于A的對稱曲線我們將其坐標(biāo)代入C的方程,得:s-y=(t-x)3-(t-x)

          `y=(x-t)3-(x-t)+s

          此即為C1的方程,`C關(guān)于A的對稱曲線即為C1。

          三、曲線本身的對稱問題

          曲線F(x,y)=0為(中心或軸)對稱曲線的充要條件是曲線F(x,y)=0上任意一點(diǎn)P(x,y)(關(guān)于對稱中心或?qū)ΨQ軸)的對稱點(diǎn)的坐標(biāo)替換曲線方程中相應(yīng)的坐標(biāo)后方程不變。

          例如拋物線y2=-8x上任一點(diǎn)p(x,y)與x軸即y=0的對稱點(diǎn)p′(x,-y),其坐標(biāo)也滿足方程y2=-8x,`y2=-8x關(guān)于x軸對稱。

          例3 方程xy2-x2y=2x所表示的曲線:

          A、關(guān)于y軸對稱 B、關(guān)于直線x+y=0對稱

          C、關(guān)于原點(diǎn)對稱 D、關(guān)于直線x-y=0對稱

          解:在方程中以-x換x,同時(shí)以-y換y得

          (-x)(-y)2-(-x)2(-y)=-2x,即xy2-x2y=2x方程不變

          `曲線關(guān)于原點(diǎn)對稱。

          函數(shù)圖象本身關(guān)于直線和點(diǎn)的對稱問題我們有如下幾個(gè)重要結(jié)論:

          1、函數(shù)f(x)定義線為R,a為常數(shù),若對任意x∈R,均有f(a+x)=f(a-x),則y=f(x)的圖象關(guān)于x=a對稱。

          這是因?yàn)閍+x和a-x這兩點(diǎn)分別列于a的左右兩邊并關(guān)于a對稱,且其函數(shù)值相等,說明這兩點(diǎn)關(guān)于直線x=a對稱,由x的任意性可得結(jié)論。

          例如對于f(x)若t∈R均有f(2+t)=f(2-t)則f(x)圖象關(guān)于x=2對稱。若將條件改為f(1+t)=f(3-t)或 f(t)=f(4-t)結(jié)論又如何呢?第一式中令t=1+m則得f(2+m)=f(2-m);第二式中令t=2+m,也得f(2+m)=f(2-m),所以仍有同樣結(jié)論即關(guān)于x=2對稱,由此我們得出以下的更一般的結(jié)論:

          2、函數(shù)f(x)定義域?yàn)镽,a、b為常數(shù),若對任意x∈R均有f(a+x)=f(b-x),則其圖象關(guān)于直線x= 對稱。

          我們再來探討以下問題:若將條件改為f(2+t)=-f(2-t)結(jié)論又如何呢?試想如果2改成0的話得f(t)=-f(t)這是奇函數(shù),圖象關(guān)于(0,0)成中心對稱,現(xiàn)在是f(2+t)=-f(2-t)造成了平移,由此我們猜想,圖象關(guān)于M(2,0)成中心對稱。如圖,取點(diǎn) A(2+t,f(2+t))其關(guān)于M(2,0)的對稱點(diǎn)為A′(2-x,-f(2+x))

          ∵-f(2+X)=f(2-x)`A′的坐標(biāo)為(2-x,f(2-x))顯然在圖象上

          `圖象關(guān)于M(2,0)成中心對稱。

          若將條件改為f(x)=-f(4-x)結(jié)論一樣,推廣至一般可得以下重要結(jié)論:

          3、f(X)定義域?yàn)镽,a、b為常數(shù),若對任意x∈R均有f(a+x)=-f(b-x),則其圖象關(guān)于點(diǎn)M(,0)成中心對稱。

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