高中數學對稱問題分類探析

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高中數學對稱問題分類探析

 

 對稱問題是高中數學的重要內容之一,在大學聯考數學試題中常出現一些構思新穎解法靈活的對稱問題,為使對稱問題的知識系統化,本文特作以下歸納。

  一、點關於已知點或已知直線對稱點問題

  1、設點P(xy)關於點(a,b)對稱點為P′(x′y′)

  x′=2a-x

  由中點座標公式可得:y′=2b-y

  2、點P(xy)關於直線LAx+By+C=O的對稱點為

  x′=x-(Ax+By+C)

  P′(x′y′)

  y′=y-(AX+BY+C)

  事實上:PP′LPP′的中點在直線L上,可得:Ax′+By′=-Ax-By-2C

  解此方程組可得結論。

  (- )=-1(B≠0)

  特別地,點P(xy)關於

  1x軸和y軸的對稱點分別為(x-y)(-xy)

  2、直線x=ay=a的對標點分別為(2a-xy)(x2a-y)

  3、直線y=xy=-x的對稱點分別為(yx)(-y-x)

  例1 光線從A(3,4)發出後經過直線x-2y=0反射,再經過y軸反射,反射光線經過點B(1,5),求射入y軸後的反射線所在的直線方程。

  解:如圖,由公式可求得A關於直線x-2y=0的對稱點

  A′(5,0)B關於y軸對稱點B′(-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、曲線關於已知點或已知直線的對稱曲線問題

  求已知曲線F(xy)=0關於已知點或已知直線的對稱曲線方程時,只須將曲線F(xy)=O上任意一點(xy)關於已知點或已知直線的對稱點的座標替換方程F(xy)=0中相應的作稱即得,由此我們得出以下結論。

  1、曲線F(xy)=0關於點(a,b)的對稱曲線的方程是F(2a-x2b-y)=0

  2、曲線F(xy)=0關於直線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(xy)=0關於

  (1)x軸和y軸對稱的曲線方程分別是F(x-y)F(-xy)=0

  (2)關於直線x=ay=a對稱的曲線方程分別是F(2a-xy)=0F(x2a-y)=0

  (3)關於直線y=xy=-x對稱的曲線方程分別是F(yx)=0F(-y-x)=0

  除此以外還有以下兩個結論:對函式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,並作關於y軸的對稱圖象得到y=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=|f(x)|的圖象。

  例2(全國高考試)設曲線C的方程是y=x3-x。將C沿xy軸正向分別平行移動ts單位長度後得曲線C1

  1)寫出曲線C1的方程

  2)證明曲線CC1關於點A( , )對稱。

  (1) C1的方程為y=(x-t)3-(x-t)+s

  (2)證明 在曲線C上任取一點B(a,b),設B1(a1,b1)B關於A的對稱點,由a=t-a1b=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上的點關於點A的對稱點在曲線C

  `曲線CC1關於a對稱

  我們用前面的結論來證:點P(x,y)關於A的對稱點為P1(t-x,s-y),為了求得C關於A的對稱曲線我們將其座標代入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關於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(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P(x,y)(關於對稱中心或對稱軸)的對稱點的座標替換曲線方程中相應的座標後方程不變。

  例如拋物線y2=-8x上任一點p(x,y)x軸即y=0的對稱點p′(x,-y),其座標也滿足方程y2=-8x,`y2=-8x關於x軸對稱。

  例3 方程xy2-x2y=2x所表示的曲線:

  A、關於y軸對稱 B、關於直線x+y=0對稱

  C、關於原點對稱 D、關於直線x-y=0對稱

  解:在方程中以-xx,同時以-yy

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

  `曲線關於原點對稱。

  函式圖象本身關於直線和點的對稱問題我們有如下幾個重要結論:

  1、函式f(x)定義線為Ra為常數,若對任意xR,均有f(a+x)=f(a-x),則y=f(x)的圖象關於x=a對稱。

  這是因為a+xa-x這兩點分別列於a的左右兩邊並關於a對稱,且其函式值相等,說明這兩點關於直線x=a對稱,由x的任意性可得結論。

  例如對於f(x)tR均有f(2+t)=f(2-t)f(x)圖象關於x=2對稱。若將條件改為f(1+t)=f(3-t)f(t)=f(4-t)結論又如何呢?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),所以仍有同樣結論即關於x=2對稱,由此我們得出以下的更一般的結論:

  2、函式f(x)定義域為Rab為常數,若對任意xR均有f(a+x)=f(b-x),則其圖象關於直線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)結論又如何呢?試想如果2改成0的話得f(t)=-f(t)這是奇函式,圖象關於(0,0)成中心對稱,現在是f(2+t)=-f(2-t)造成了平移,由此我們猜想,圖象關於M(20)成中心對稱。如圖,取點A(2+tf(2+t))其關於M(20)的對稱點為A′(2-x-f(2+x))

  -f(2+X)=f(2-x)A′的座標為(2-xf(2-x))顯然在圖象上 

  `圖象關於M(20)成中心對稱。

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

  3f(X)定義域為Rab為常數,若對任意xR均有f(a+x)=-f(b-x),則其圖象關於點M(0)成中心對稱。