Gọi O được gọi là tâm đối xứng quay bậc n (n ∈ ℕ*) của hình ℋ nếu sau khi thực hiện phép quay $Q_{\left(O,\frac{360°}{n}\right)}$ ta lại được chính hình ℋ. Hình có tâm đối xứng quay bậc n gọi là hình đối xứng quay bậc n. Tìm các hình đối xứng quay trong Hình 2.

$\frac{360°}{n}=120°$

Ta đặt tên cho các hình vẽ trong Hình 2 theo thứ tự từ trái qua phải, từ trên xuống dưới là: a, b, c, d, e, f, g, h.

⦁ Xét Hình 2a: biển báo có dạng hình tam giác đều.

Gọi O là tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác, điểm A là một đỉnh của tam giác.

Phép quay tâm O, góc quay 120° biến điểm A thành điểm A’.

Khi đó ta thấy điểm A’ nằm trên Hình 2a ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2a.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 120°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2a ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2a thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 120°.

Ta có $\frac{360°}{n}=120°$. Suy ra n = 3 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2a có tâm đối xứng quay bậc 3.

⦁ Xét Hình 2b: có dạng hình vuông.

Gọi O là tâm hình vuông và B là một đỉnh của hình vuông.

Phép quay tâm O, góc quay 90° biến điểm B thành điểm B’.

Khi đó ta thấy điểm B’ nằm trên Hình 2b ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2b.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 90°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2b ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2b thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 90°.

Ta có $\frac{360°}{n}=90°$. Suy ra n = 4 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2b có tâm đối xứng quay bậc 4.

⦁ Xét Hình 2c:

Chọn hai điểm O, C như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 72° biến điểm C thành điểm C’.

Khi đó ta thấy điểm C’ nằm trên Hình 2c ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2c.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 72°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2c ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2c thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 72°.

Ta có $\frac{360°}{n}=72°$. Suy ra n = 5 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2c có tâm đối xứng quay bậc 5.

⦁ Xét Hình 2d: có dạng hình vuông

Gọi O là tâm hình vuông. Chọn điểm D như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 60° biến điểm D thành điểm D’.

Khi đó ta thấy điểm D’ nằm trên Hình 2d ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2d.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 60°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2d ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2d thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 60°.

Ta có $\frac{360°}{n}=60°$. Suy ra n = 6 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2d có tâm đối xứng quay bậc 6.

⦁ Xét Hình 2e: có dạng hình vuông.

Gọi O là tâm hình vuông. Chọn điểm E như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 180° biến điểm E thành điểm E’.

Khi đó ta thấy điểm E’ nằm trên Hình 2e ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2e.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 180°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2e ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2e thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 180°.

Ta có $\frac{360°}{n}=180°$. Suy ra n = 2 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2e có tâm đối xứng quay bậc 2.

⦁ Xét Hình 2f:

Chọn hai điểm O, F như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 120° biến điểm F thành điểm F’.

Khi đó ta thấy điểm F’ nằm trên Hình 2f ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2f.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 120°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2f ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2f thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 120°.

Ta có $\frac{360°}{n}=120°$. Suy ra n = 3 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2f có tâm đối xứng quay bậc 3.

⦁ Xét Hình 2g: có dạng hình vuông.

Gọi O là tâm hình vuông. Chọn điểm G như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 90° biến điểm G thành điểm G’.

Khi đó ta thấy điểm G’ nằm trên Hình 2g ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2g.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 90°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2g ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2g thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 90°.

Ta có $\frac{360°}{n}=90°$. Suy ra n = 4 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2g có tâm đối xứng quay bậc 4.

⦁ Xét Hình 2h: có dạng hình tròn

Gọi O là tâm hình tròn. Chọn điểm H như hình vẽ.

Phép quay tâm O, góc quay 72° biến điểm H thành điểm H’.

Khi đó ta thấy điểm H’ nằm trên Hình 2h ban đầu.

Tương tự, ta chọn các điểm khác bất kì trên Hình 2h.

Khi đó qua phép quay tâm O, góc quay 72°, ta cũng xác định được ảnh của các điểm đó trên Hình 2h ban đầu.

Vì vậy phép quay biến Hình 2h thành chính nó là phép quay tâm O, góc quay 72°.

Ta có $\frac{360°}{n}=72°$. Suy ra n = 5 ∈ ℕ*.

Vì vậy Hình 2h có tâm đối xứng quay bậc 5.

Vậy tất cả các hình trong Hình 2 đều là hình đối xứng quay có bậc lần lượt là 3; 4; 5; 6; 2; 3; 4; 5 (tính thứ tự các hình từ trái qua phải và từ trên xuống dưới).

Mở rộng:

Góc đối xứng quay

Đặc trưng

Nếu một hình có tính đối xứng quay thì ảnh sẽ trùng với ảnh gốc khi nó được xoay một góc từ 0° đến 360°.

Nếu một hình có tính đối xứng quay và bạn xoay nó quanh tâm với một phần góc thì nó sẽ trông giống hệt như trước khi quay.

Sử dụng

Tính đối xứng quay được sử dụng trong chuyển động của gió ở các trang trại gió hiện đại để làm quay các tua-bin đối xứng của chúng.

Các bộ phận có tính đối xứng quay được nhà máy điện sử dụng để tạo ra điện.

Nhà máy thủy điện sử dụng tua-bin quay để tạo ra điện.

Nhờ tính đối xứng quay, các nhà máy điện hoạt động trơn tru và sản xuất ra lượng điện lớn.

Tầm quan trọng

Đối xứng quay rất quan trọng, nó là điều cần thiết cho nhiều máy móc. Nếu không có đối xứng quay, bánh xe sẽ ngừng quay, động cơ sẽ bị đóng băng và thế giới sẽ dừng lại.

Thiên nhiên sử dụng tính đối xứng để làm cho mọi thứ trở nên đẹp đẽ. Ví dụ - Hoa lan chuông có tính đối xứng quay bậc 3 và hoa Clematis có tính đối xứng quay bậc 8. Tính đối xứng quay xuất hiện ở sao biển, sứa và chúng trông đẹp vì chúng có tính đối xứng quay.

Thứ tự của đối xứng quay

Thứ tự đối xứng quay của một hình là số lần bạn có thể xoay hình đó trong phép quay 360° sao cho nó trông giống hệt hình ban đầu.

Bạn có thể tìm thứ tự đối xứng quay bằng cách tính toán góc nhỏ nhất mà bạn có thể xoay hình dạng đó sao cho nó trông giống hệt nhau.

Không có tính đối xứng quay bậc 1 nếu một hình chỉ khớp một lần sau một vòng quay trọn vẹn (360°), và khi đó không thực sự có tính đối xứng.

Các thứ tự phổ biến và góc tính bằng độ mà vật thể quay là:

bậc 2 = 180°

bậc 3 = 120°

bậc 4 = 90°

bậc 5 = 72°

bậc 6 = 60°

bậc 7 = hơn 51° một chút

bậc 8 = 45°

bậc 9 = 40°

bậc 10 = 36°

Tham khảo thêm một số tài liệu liên quan:

Chuyên đề Toán 11 Chân trời sáng tạo | Giải Chuyên đề học tập Toán 11 Chân trời sáng tạo (hay, ngắn gọn)