Bài 9: Ôn tập chương Phép dời hình và phép đồng dạng trong mặt phẳng

Bài 1 - Câu hỏi (SGK trang 33)

Thế nào là một phép biến hình, phép dời hình, phép đồng dạng ?

Nêu mối liên hệ giữa phép dời hình và phép đồng dạng ?

Hướng dẫn giải

- Phép biến hình:

Quy tắc đặt tương ứng mỗi điểm M của mặt phẳng với một điểm xác định duy nhất M\' của mặt phẳng đó được gọi là phép biến hình trong mặt phẳng. Nếu kí hiệu phép biến hình đó là F thì ta viết F(M) = M\' hay M\' = F(M) và gọi điểm M\' là ảnh của điểm M hay M là điểm tạo ảnh của M\' qua phép biến hình F.

- Phép dời hình:

Phép dời hình là phép biến hình bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì. Nghĩa là với hai điểm M, N tùy ý và ảnh M', N' tương ứng của chúng, ta luôn có M'N'=MN.

- Phép đồng dạng:

Phép biến hình f được gọi là phép đồng dạng tỉ số k, (k>0), nếu với hai điểm M, N bất kì và ảnh M\', N\' tương ứng của chúng, ta luôn có M\'N\' = kMN.

Mối liên hệ: Phép dời hình là trường hợp riêng của phép đồng dạng với tỉ số k = 1.

Bài 2 - Câu hỏi (SGK trang 33)

a) Hãy kể tên các phép dời hình đã học

b) Phép đồng dạng có phải là phép vị tự không ?

Hướng dẫn giải

a)Hãy kể tên các phép dời hình đã học ?
Phép đối xứng trục, phép tịnh tiến, phép đối xứng tâm, phép quay là các phép dời hình.
b)Phép đồng dạng có phải là phép vị tự hay không ?
Phép đồng dạng không là phép vị tự.

Bài 3 - Câu hỏi (SGK trang 33)

Hãy nêu một số tính chất đúng đối với phép dời hình mà không đúng đối với phép đồng dạng ?

Hướng dẫn giải

Bài 4 - Câu hỏi (SGK trang 34)

Thế nào là hai hình bằng nhau, hai hình đồng dạng với nhau ?

Cho ví dụ ?

Hướng dẫn giải

Định nghĩa:

Hai hình gọi là bằng nhau nếu có phép dời hình biến hình này thành hình kia.

Ví dụ:

Cho hình bình hành ABCD, khi đó một đường thẳng bất kỳ đi qua tâm O của ABCD, luôn chia hình bình hành ABCD ra thành hai hình bằng nhau.

Bài 5 - Câu hỏi (SGK trang 34)

Cho hai điểm phân biệt A, B và đường thẳng d. Hãy tìm một phép tịnh tiến, phép đối xứng trục, phép đối xứng tâm, phép quay, phép vị tự thỏa mãn một trong các tính chất sau :

a) Biến A thành chính nó

b) Biến A thành B

c) Biến d thành chính nó

Hướng dẫn giải

a)
Các phép biến hình lần lượt là: Phép tịnh tiến theo véc tơ \(\overrightarrow{0}\); Phép quay tâm A góc \(\phi\) bất kì; phép vị tự tâm A tỉ số k bất kì.
b)
Phép tịnh tiến theo véc tơ \(\overrightarrow{AB}\); Phép đối xứng tâm qua trung điểm của AB; Phép quay tâm I là trung điểm của AB và góc \(\phi=90^o\); Phép vị tự tâm A tỉ số \(k=AB\).
c)
Phép tịnh tiến theo một véc tơ bất kì; Phép đối xứng tâm có tâm đối xứng nằm trên đường thẳng d; Phép quay bất kì; Phép vị tự có tâm nằm trên đường thẳng d.

Bài 6 - Câu hỏi (SGK trang 34)

Nêu cách tìm tâm vị tự của hai đường tròn ?

Hướng dẫn giải

a.a. Hai đường tròn (I;R)(I;R) và (I′;R′)(I′;R′) tiếp xúc ngoài với nhau, ta xét : *Trường hợp 1:1: Nếu R=R′R=R′ thì k=±1k=±1 Khi đó, tâm vị tự OO thỏa mãn : OI′−→−=kOI−→⇒kOI′→=kOI→⇒k chỉ có thể bằng −1−1 ⇒O⇒O (tâm vị tự trong) là trung điểm của II′II′ (chính là tiếp điểm của hai đường tròn) *Trường hợp 2:2: Nếu R≠R′R≠R′ thì ta có thể xác định các phép vị tự sau : - Lấy A′B′A′B′ là một đường kính của đường tròn I′;R′I′;R′ và IAIA là một bán kính của (I;R)(I;R) sao cho hai véctơ IA−→IA→ và I′A′−→−I′A′→ cùng hướng - Đường thẳng II′II′ cẳt AA′,AB′AA′,AB′ lần lượt tại O1O1 (tâm vị tự ngoài) và O2O2 (tâm vị tự trong và O2O2 trùng với tiếp điểm) b.b. Hai đường tròn (I;R),(I′;R′)(I;R),(I′;R′) tiếp xúc trong với nhau (R≠R′)(R≠R′) ta có thể xác định các phép vị tự sau : - Lấy A′B′A′B′ là một đường kính của đường tròn (I′;R′)(I′;R′) và IAIA là một bán kính của (I;R)(I;R) sao cho hai véctơ IA−→,I′A′−→−IA→,I′A′→ cùng hướng. - Đường thẳng II′II′ cắt AA′,AB′AA′,AB′ lần lượt tại O1O1 (tâm vị tự ngoài) và O2O2 (tâm vị tự trong) c.c. Đường tròn (I;R)(I;R) nằm trong đường tròn (I′;R′)(I′;R′) ta xét : *Trường hợp 1: Nếu I≡I′I≡I′ thì khi đó tâm vị tự OO trùng với điểm II Vậy ta có hai phép vị tự : - Phép vị tự V1(I;k1)V1(I;k1) với k1=R′Rk1=R′R (biến điểm MM thành điểm M′1M1′) - Phép vị tự V2(I;k2)V2(I;k2) với k2=−R′Rk2=−R′R (biến điểm MM thành điểm M′2M2′) *Trường hợp 2:2: Nếu II không trùng với I′I′ thì ta có thể xác định các phép vị tự sau : - Lấy A′B′A′B′ là một đường kính của đường tròn (I′;R′)(I′;R′) và IAIA là một bán kính của (I;R)(I;R) sao cho hai véctơ IA−→,I′A′−→−IA→,I′A′→ cùng hướng - Đường thẳng II′II′ cắt AA′,AB′AA′,AB′ lần lượt tại O1O1 (tâm vị tự ngoài) và O2O2 (tâm vị tự trong)

Bài 1 - Bài tập (SGK trang 34)

Cho lục giác đều ABCDEF tâm O. Tìm ảnh của tam giác AOF :

a) Qua phép tịnh tiến theo vectơ \(\overrightarrow{AB}\)

b) Qua phép đối xứng qua đường thẳng BE

c) Qua phép quay tâm O góc \(120^0\)

Hướng dẫn giải

a) Tam giác BCO.

b) Tam giác COD.

c) Tam giác EOD.

Bài 2 - Bài tập (SGK trang 34)

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy cho điểm \(A\left(-1;2\right)\) và đường thẳng d có phương trình \(3x+y+1=0\). Tìm ảnh của A và d :

a) Qua phép tịnh tiến theo vectơ \(\overrightarrow{v}=\left(2;1\right)\)

b) Qua phép đối xứng qua trục Oy

c) Qua phép đối xứng qua gốc tọa độ

d) Qua phép quay tâm O góc \(90^0\)

Hướng dẫn giải

Gọi A' và d' theo thứ tự là ảnh của A và d qua phép biến hình trên

a) A' = (-1+2; 2+1) = (1;3), d // d', nên d có phương trình : 3x +y + C = 0. Vì A thuộc d, nên A' thuộc d', do đó 3.1 +3 + C = 0. Suy ra C=-6. Do đó phương trình của d' là 3x+y-6=0

b) A (-1;2) và B(0;-1) thuộc d. Ảnh của A và B qua phép đối xứng qua trục Oy tương ứng là A'(1;2) và B'(0;-1). Vậy d' là đường thẳng A'B' có phương trình :

=

hay 3x - y - 1 =0

c) A'=( 1;-2) , d' có phương trình 3x + y -1 =0

d) Qua phép quay tâm O góc , A biến thành A'( -2; -1), B biến thành B'(1;0). Vậy d' là đường thẳng A'B' có phương trình

=

hay x - 3y + 1 = 0

Bài 3 - Bài tập (SGK trang 34)

Trong mặt phẳng Oxy, cho đường tròn tâm \(I\left(3;-2\right)\), bán kính 3

a) Viết phương trình của đường tròn đó

b) Viết phương trình ảnh của đường tròn \(\left(I;3\right)\) qua phép tịnh tiến theo vectơ \(\overrightarrow{v}=\left(-2;1\right)\)

c) Viết phương trình ảnh của đường tròn \(\left(I;3\right)\) qua phép đối xứng qua trục Ox

d) Viết phương trình ảnh của đường tròn \(\left(I;3\right)\) qua phép đối xứng qua gốc tọa độ

Hướng dẫn giải

Gọi I' là ảnh của I qua phép biến hình nói trên

a) Phương trình của đường tròn (I;3) là ( + = 9

b) (I) = I' (1;-1), phương trình đường tròn ảnh :

c) (I) = I'(3;2), phương trình đường tròn ảnh:

d) (I) = I'( -3;2), phương trình đường tròn ảnh:

Bài 4 - Bài tập (SGK trang 34)

Cho vectơ \(\overrightarrow{v}\), đường thẳng d vuông góc với giá của \(\overrightarrow{v}\). Gọi d' là ảnh của d qua phép tịnh tiến theo vectơ \(\dfrac{1}{2}\overrightarrow{v}\). Chứng minh rằng phép tịnh tiến theo vectơ \(\overrightarrow{v}\) là kết quả của việc thực hiện liên tiếp phép đối xứng qua các đường thẳng d và d' ?

Hướng dẫn giải

Lấy M tùy ý. Gọi (M) = M', (M') = M''. Ta có
\(\overrightarrow{MM'}=\overrightarrow{MM'}+\overrightarrow{M'M''}=2\overrightarrow{M_oM'}+2\overrightarrow{M'M_1}=2\overrightarrow{M_oM_1}\)\(=2\dfrac{\overrightarrow{v}}{2}=\overrightarrow{v}\).

Vậy M'' = (M) = ((M)), với mọi M

Do đó phép tịnh tiến theo vectơ v là kết quả của việc thực hiện liên tiếp phép đối xứng qua các đường thẳng d và d'.

Bài 5 - Bài tập (SGK trang 35)

Cho hình chữ nhật ABCD. Gọi  O là tâm đối xứng của nó. Gọi I, F, J, E lần lượt là trung điểm của các cạnh AB, BC, CD, DA. Tìm ảnh của tam giác AEO qua phép đồng dạng có được từ việc thực hiện liên tiếp phép đối xứng qua đường thẳng IJ và phép vị tự tâm B, tỉ số 2 ?

Hướng dẫn giải

Phép đối xứng qua đường thẳng ***** biến tam giác AEO thành tam giác BFO, phép vị tự tâm B, tỉ số 2 biến tam giác BFO thành tam giác BCD. Do đó ảnh của tam giác AEO qua phép đồng dạng đã cho là tam giác BCD.

Bài 6 - Bài tập (SGK trang 35)

Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho đường tròn tâm \(I\left(1;-3\right)\), bán kính 2. Viết phương trình ảnh của đường tròn \(\left(I;2\right)\) qua phép đồng dạng có được từ việc thực hiện liên tiếp phép vị tự tâm O tỉ số 3 và phép đối xứng qua trục Ox ?

Hướng dẫn giải

I' = (I) = (3; -9), I'' = (I') = ( 3;9). Đường tròn phải tìm có phương trình .

Bài 7 - Bài tập (SGK trang 35)

Cho hai điểm A, B và đường tròn tâm O không có điểm chung với đường thẳng AB. Qua mỗi điểm M chạy trên đường tròn (O) dựng hình bình hành MABN. Chứng minh rằng điểm N thuộc một đường tròn xác định ?

Hướng dẫn giải

Vì không đổi, nên có thể xem N là ảnh của M qua phép tịnh tiến theo . Do đó khi M chạy trên đường tròn (O) thì N chạy trên đường tròn (O') là ảnh của (O) qua phép tịnh tiến theo