Giải Chuyên đề Toán 11 Chân trời sáng tạo Bài 2: Phép tịnh tiến

2.1 K

Tailieumoi.vn giới thiệu giải Chuyên đề Toán lớp 11 Bài 2: Phép tịnh tiến sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm Chuyên đề học tập Toán 11. Mời các bạn đón xem:

Giải Chuyên đề Toán 11 Bài 2: Phép tịnh tiến

Khởi động trang 10 Chuyên đề Toán 11: Phép dời hình nào có thể biến hình ngôi sao A thành hình ngôi sao B?

Khởi động trang 10 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Lời giải:

Khởi động trang 10 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Gọi E là một điểm bất kì trên hình ngôi sao A và E’ là một điểm trên hình ngôi sao B có vị trí tương ứng với điểm E trên hình ngôi sao A (hình vẽ).

Ta đặt u=EE'.

Lấy điểm F bất kì trên hình ngôi sao A sao cho F ≠ E.

Lấy điểm F’ sao cho FF'=u.

Khi đó điểm F’ là một điểm trên hình ngôi sao B có vị trí tương ứng với điểm F trên hình ngôi sao A.

Tương tự như vậy, với mỗi điểm M bất kì trên hình ngôi sao A, ta lấy điểm M’ sao cho MM'=u thì từ hình ngôi sao A là tập hợp điểm M, ta được tập hợp các điểm M’ tạo thành hình ngôi sao B.

Vậy phép dời hình cần tìm là phép biến hình biến mỗi điểm M bất kì thành điểm M’ sao cho MM'=u.

1. Định nghĩa

Khám phá 1 trang 11 Chuyên đề Toán 11: Quan sát các điểm được vẽ trên mặt phẳng tọa độ (Hình 1).

a) Có nhận xét gì về các vectơ AA',BB',...,EE'

b) Có hay không phép biến hình biến các điểm A, B, C, D, E thành các điểm A’, B’, C’, D’, E’?

Khám phá 1 trang 11 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Lời giải:

Khám phá 1 trang 11 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

a) Quan sát Hình 1, ta thấy các vectơ AA',BB',...,EE' cùng hướng và có độ dài bằng nhau.

Vậy AA'=BB'=CC'=DD'=EE'

b) Ta đặt u=AA'=BB'=CC'=DD'=EE'

Khi đó tồn tại phép biến hình biến điểm A thành điểm A’ sao cho AA'=u

Tương tự như vậy, ta thấy phép biến hình đó cũng biến các điểm B, C, D, E thành các điểm B’, C’, D’, E’ sao cho BB'=CC'=DD'=EE'=u

Vậy có phép biến hình biến các điểm A, B, C, D, E thành các điểm A’, B’, C’, D’, E’

Thực hành 1 trang 11 Chuyên đề Toán 11: Chứng minh phép đồng nhất là một phép tịnh tiến.

Lời giải:

Giả sử A’ là ảnh của A qua phép đồng nhất f. Tức là, A’ = f(A).

Suy ra A’ ≡ A hay AA’ = 0.

Khi đó AA'=0.

Tương tự như vậy, với mỗi điểm M bất kì, ta lấy điểm M’ là ảnh của điểm M qua phép đồng nhất f.

Khi đó ta cũng có MM'=0.

Vậy phép đồng nhất là một phép tịnh tiến theo 0

Vận dụng 1 trang 11 Chuyên đề Toán 11: Tìm độ dài vectơ tịnh tiến của phép tịnh tiến theo vectơ v biến các điểm A, B, C, D, E thành A’, B’, C’, D’, E’ trong Hoạt động khám phá 1 (biết cạnh mỗi ô vuông là 1 đơn vị).

Lời giải:

Từ Hoạt động khám phá 1, ta có u=AA'=BB'=CC'=DD'=EE'.

Ta đặt v=u.

Khi đó phép tịnh tiến theo v=u biến các điểm A, B, C, D, E thành điểm A’, B’, C’, D’, E’.

Dựng ∆AA’M vuông tại M (như hình vẽ).

Vận dụng 1 trang 11 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Ta có AM = 1 (đơn vị), A’M = 10 (đơn vị) (do cạnh mỗi ô vuông là 1 đơn vị).

Suy ra AA'=AM2+A'M2=12+102=101.

Khi đó v=AA'=AA'=101

Vậy độ dài vectơ tịnh tiến của phép tịnh tiến theo vectơ v là 101.

2. Tính chất

Khám phá 2 trang 12 Chuyên đề Toán 11: Cho vectơ u và đường thẳng d. A và M là hai điểm bất kì trên d. Gọi A’ và M’ lần lượt là ảnh của A và M qua phép tịnh tiến Tu.

a) Hai vectơ A'M',  AM có bằng nhau không?

b) Khi điểm M thay đổi trên d thì điểm M’ thay đổi như thế nào? Giải thích.

Khám phá 2 trang 12 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Lời giải:

a) Ta có TuA=A', suy ra AA'=u.

             TuM=M', suy ra MM'=u.

Khi đó AA'=MM'   =u.

Suy ra AA’ = MM’ và AA’ // MM’.

Vì vậy tứ giác AMM’A’ là hình bình hành.

Vậy A'M'=AM.

b) Gọi d’ là giá của A'M'.

Vì A’M’ // AM (do tứ giác AMM’A’ là hình bình hành).

Nên d’ // d.

Vậy khi điểm M thay đổi trên d thì điểm M’ thay đổi trên d’ thỏa mãn MM'=u.

Thực hành 2 trang 13 Chuyên đề Toán 11: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, xét phép tịnh tiến Tv với v=3;2.

a) Biết ảnh của điểm M qua Tv là điểm M’(–8; 5). Tìm tọa độ điểm M.

b) Tìm ảnh của đường tròn (C): (x – 2)2 + (y + 3)2 = 4 qua Tv.

Lời giải:

a) Đặt M(x; y). Suy ra MM'=8x;5y.

Theo đề, ta có M'=TvM .

Suy ra MM'=v.

Khi đó 8x=35y=2

Vì vậy x=11y=3

Vậy tọa độ M(–11; 3) thỏa mãn yêu cầu bài toán.

b) Đường tròn (C) có tâm I(2; –3), bán kính R = 4.

Gọi (C’), I’(x’; y’) lần lượt là ảnh của (C) và I qua Tv.

Khi đó đường tròn (C’) có bán kính R’ = R = 2 và II'=x'2;y'+3

Ta có II'=v (vì I'=TvI).

Suy ra x'2=3y'+3=2

Do đó x'=5y'=1

Suy ra tọa độ tâm đường tròn (C’) là I’(5; –1).

Vậy ảnh của đường tròn (C) là đường tròn (C’) có phương trình là: (x – 5)2 + (y + 1)2 = 4.

Vận dụng 2 trang 13 Chuyên đề Toán 11: Trong Hình 8, người thợ sửa xe đã dùng kích nâng thủy lực để đưa ô tô từ mặt đất đến vị trí cần thiết thông qua phép biến hình nào?

Vận dụng 2 trang 13 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Lời giải:

Ta thấy ô tô được nâng từ vị trí A đến vị trí B.

Khi đó chiếc xe ô tô được tịnh tiến theo vectơ v=AB từ mặt đất lên vị trí cần thiết.

Vậy người thợ sửa xe đã dùng kích nâng thủy lực để đưa ô tô từ mặt đất đến vị trí cần thiết thông qua phép tịnh tiến theo v=AB.

Bài tập

Bài 1 trang 14 Chuyên đề Toán 11: Cho phép tịnh tiến Tu và phép tịnh tiến Tv. Với điểm M bất kì, Tu biến M thành M’, Tv biến M’ thành M’’. Hỏi có phép tịnh tiến nào biến điểm M thành M’’ không?

Lời giải:

Bài 1 trang 14 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Theo đề, ta có TuM=M', suy ra MM'=u.

Ta lại có TvM'=M'', suy ra M'M''=v.

Ta có MM''=MM'+M'M''=u+v.

Do đó Tu+vM=M''.

Vậy có phép tịnh tiến theo u+v biến điểm M thành điểm M’’.

Bài 2 trang 14 Chuyên đề Toán 11: Cho đường tròn (O) và hai điểm A, B. Khi điểm M thay đổi trên đường tròn (O) thì điểm M’ thay đổi trên đường nào để MM'+MA=MB ?

Lời giải:

Bài 2 trang 14 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Do A, B cố định nên AB là vectơ không đổi.

Từ dữ kiện MM'+MA=MB, áp dụng quy tắc hình bình hành, ta có tứ giác ABM’M là hình bình hành.

Do đó MM'=AB.

Vì vậy M’ là ảnh của M qua phép tịnh tiến TAB.

Vậy khi M thay đổi trên đường tròn (O) thì M’ nằm trên ảnh của đường tròn (O) là đường tròn (O’) qua phép tịnh tiến TAB.

Bài 3 trang 14 Chuyên đề Toán 11: Cho phép tịnh tiến Tu trong đó u=3;5.

a) Tìm ảnh của các điểm A(–3; 4), B(2; –7) qua Tu.

b) Biết rằng M’(2; 6) là ảnh của điểm M qua Tu. Tìm tọa độ của điểm M.

c) Tìm ảnh của đường thẳng d: 4x – 3y + 7 = 0 qua Tu.

Lời giải:

a) Đặt A'x';y'=TuA.

Suy ra AA'=u, mà AA'=x'+3;y'4

Do đó x'+3=3y'4=5

Vì vậy x'=0y'=9

Suy ra tọa độ A’(0; 9).

Đặt B'x'';y''=TuB.

Suy ra BB'=u, mà BB'=x''2 ; y''+7

Do đó x''2=3y''+7=5

Vì vậy x''=5y''=2

Suy ra tọa độ B’(5; –2).

Vậy ảnh của các điểm A, B qua Tu lần lượt là các điểm A’(0; 9), B’(5; –2).

b) Gọi M(xM; yM).

Theo đề, ta có M'=TuM.

Suy ra MM'=u, mà MM'=2-xM ; 6-yM

Do đó 2xM=36yM=5

Vì vậy xM=1yM=1

Vậy tọa độ M(–1; 1) thỏa mãn yêu cầu bài toán.

c) Chọn điểm N(–1; 1) ∈ d: 4x – 3y + 7 = 0.

Gọi N’(x’; y’) lần lượt là ảnh của N qua Tu.

Ta có TuN=N', suy ra NN'=u với NN'=x'+1;y'1

Do đó x'+1=3y'1=5

Vì vậy x'=2y'=6

Suy ra tọa độ N’(2; 6).

Đường thẳng d: 4x – 3y + 7 = 0 có vectơ pháp tuyến nd=4;3.

Gọi d’ là ảnh của d qua Tu, do đó d’ song song hoặc trùng với d nên d’ nhận nd=4;3 làm vectơ pháp tuyến.

Ta có d’ là đường thẳng đi qua M’(2; 6) và có vectơ pháp tuyến nd=4;3 nên có phương trình là:

4(x – 2) – 3(y – 6) = 0 hay 4x – 3y + 10 = 0.

Vậy ảnh của đường thẳng d: 4x – 3y + 7 = 0 qua Tu là đường thẳng d’: 4x – 3y + 10 = 0.

Bài 4 trang 14 Chuyên đề Toán 11: Cho hai điểm B, C cố định trên đường tròn (O; R) và một điểm A thay đổi trên đường tròn đó. Chứng minh trực tâm H của tam giác ABC luôn nằm trên một đường tròn cố định.

Lời giải:

Bài 4 trang 14 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Kẻ đường kính BB’.

Do B, C cố định trên (O) nên B’, C cũng cố định trên (O).

Suy ra B'C là vectơ không đổi.

Ta có BCB'^=90° (góc nội tiếp chắn nửa đường tròn (O)).

Suy ra BC ⊥ B’C.

Mà AH ⊥ BC (do H là trực tâm của ∆ABC).

Do đó AH // B’C (1)

Chứng minh tương tự, ta được AB’ // CH (2)

Từ (1), (2), suy ra tứ giác AHCB’ là hình bình hành.

Suy ra AH = B’C.

Mà AH // B’C (chứng minh trên).

Vì vậy AH=B'C.

Do đó H=TB'CA.

Vậy khi A thay đổi trên đường tròn (O) thì trực tâm H của tam giác ABC luôn nằm trên ảnh của đường tròn (O) là đường tròn (O’) qua TB'C.

Bài 5 trang 14 Chuyên đề Toán 11: Trong Hình 9, tìm các vectơ u và v sao cho phép tịnh tiến Tu biến hình mũi tên (A) thành hình mũi tên (B) và phép tịnh tiến Tv biến hình mũi tên (A) thành hình mũi tên (C).

Bài 5 trang 14 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

Lời giải:

Bài 5 trang 14 Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo

⦁ Gọi E1 là một điểm trên hình mũi tên (A) và u có phương song song với trục đối xứng của hình mũi tên (A), độ dài bằng độ dài từ điểm đầu tới điểm cuối của mũi tên (A) (hình vẽ).

Lấy điểm E2 sao cho E1E2=u.

Khi đó E2 là một điểm trên hình mũi tên (B) có vị trí tương ứng với điểm E1 trên hình mũi tên (A).

Tương tự như vậy, với mỗi điểm M1 bất kì trên hình mũi tên (A), ta lấy điểm M2 sao cho M1M2=u thì ta được tập hợp các điểm M2 tạo thành hình mũi tên (B).

Do đó phép tịnh tiến theo u biến hình mũi tên (A) thành hình mũi tên (B).

⦁ Ta gọi (D) là hình mũi tên nằm bên dưới hình mũi tên (A) và bên trái hình mũi tên (C) (như hình vẽ).

Gọi E3 là một điểm trên hình mũi tên (D) có vị trí tương ứng với điểm E1 trên hình mũi tên (A).

Giả sử x là vectơ có phương vuông góc với trục đối xứng của hình mũi tên (A), độ dài bằng độ dài từ điểm E1 đến điểm E3 (hình vẽ).

Tức là, x=E1E3.

Lấy điểm E4 sao cho tứ giác E1E2E4E3 là hình bình hành.

Áp dụng quy tắc hình bình hành, ta được E1E4=E1E2+E1E3=u+x.

Lúc này, ta thấy E4 là một điểm trên hình mũi tên (C) có vị trí tương ứng với điểm E1 trên hình mũi tên (A).

Tương tự như vậy, với mỗi điểm M1 bất kì trên hình mũi tên (A), ta lấy điểm M4 sao cho M1M4=u+x thì ta được tập hợp các điểm M4 tạo thành hình mũi tên (C).

Do đó phép tịnh tiến theo v=u+x biến hình mũi tên (A) thành hình mũi tên (C).

Xem thêm các bài giải Chuyên đề học tập Toán lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 1: Phép biến hình và phép dời hình

Bài 2: Phép tịnh tiến

Bài 3: Phép đối xứng trục

Bài 4: Phép đối xứng tâm

Bài 5: Phép quay

Xem thêm các bài giải Chuyên đề học tập Toán lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Chuyên đề 1: Phép biến hình phẳng

Chuyên đề 2: Lý thuyết đồ thị

Chuyên đề 3: Một số yếu tố vẽ kĩ thuật

Đánh giá

0

0 đánh giá