2019-2020年高中數(shù)學(xué)2.2幾種常見的平面變換2.2.3變換的復(fù)合與矩陣的乘法反射變換教學(xué)案蘇教版選修4.doc
2019-2020年高中數(shù)學(xué)2.2幾種常見的平面變換2.2.3變換的復(fù)合與矩陣的乘法反射變換教學(xué)案蘇教版選修41反射變換矩陣和反射變換像,這樣將一個平面圖形F變?yōu)殛P(guān)于定直線或定點(diǎn)對稱的平面圖形的變換矩陣,我們稱之為反射變換矩陣,對應(yīng)的變換叫做反射變換相應(yīng)地,前者叫做軸反射,后者稱做中心反射其中定直線稱為反射軸,定點(diǎn)稱做反射點(diǎn)2線性變換二階非零矩陣對應(yīng)的變換把直線變?yōu)橹本€,這種把直線變?yōu)橹本€的變換稱為線性變換二階零矩陣把平面上所有的點(diǎn)都變換到坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0),此時為線性變換的退化情況點(diǎn)在反射變換作用下的象例1(1)矩陣將點(diǎn)A(2,5)變成了什么圖形?畫圖并指出該變換是什么變換(2)矩陣將點(diǎn)A(2,7)變成了怎樣的圖形?畫圖并指出該變換是什么變換思路點(diǎn)撥先通過反射變換求出變換后點(diǎn)的坐標(biāo),再畫出圖形即可看出是什么變換精解詳析(1)因為 ,即點(diǎn)A(2,5)經(jīng)過變換后變?yōu)辄c(diǎn)A(2,5),它們關(guān)于y軸對稱,所以該變換為關(guān)于y軸對稱的反射變換(如圖1)(2)因為 ,即點(diǎn)A(2,7)經(jīng)過變換后變?yōu)辄c(diǎn)A(7,2),它們關(guān)于yx對稱,所以該變換為關(guān)于直線yx對稱的反射變換(如圖2)(1)點(diǎn)在反射變換作用下對應(yīng)的象還是點(diǎn)(2)常見的反射變換矩陣:表示關(guān)于原點(diǎn)對稱的反射變換矩陣,表示關(guān)于x軸對稱的反射變換矩陣,表示關(guān)于y軸對稱的反射變換矩陣,表示關(guān)于直線yx對稱的反射變換矩陣,表示關(guān)于直線yx對稱的反射變換矩陣1計算下列各式,并說明其幾何意義(1) ;(2) ;(3) .解:(1) ;(2) ;(3) .三個矩陣對應(yīng)的變換分別是將點(diǎn)(5,3)作關(guān)于x軸反射變換、關(guān)于原點(diǎn)的中心反射變換以及關(guān)于直線yx的軸反射變換,得到的點(diǎn)分別是(5,3),(5,3)和(3,5)2求出ABC分別在M1,M2,M3對應(yīng)的變換作用下的幾何圖形,并畫出示意圖,其中A(0,0),B(2,0),C(1,2)解:在M1下,AA(0,0),BB(2,0),CC(1,2);在M2下,AA(0,0),BB(2,0),CC(1,2);在M3下,AA(0,0),BB(2,0),CC(1,2)圖形分別為曲線在反射變換作用下的象例2橢圓y21在經(jīng)過矩陣對應(yīng)的變換后所得的曲線是什么圖形?思路點(diǎn)撥先通過反射變換求出曲線方程,再通過方程判斷圖形的形狀精解詳析任取橢圓y21上的一點(diǎn)P(x0,y0),它在矩陣對應(yīng)的變換作用下變?yōu)镻(x,y)則有 ,故.因為點(diǎn)P在橢圓y21上,所以y1,x1;因此x1.從而所求曲線方程為x21,是橢圓矩陣把一個圖形變換為與之關(guān)于直線yx對稱的圖形,反射變換對應(yīng)的矩陣要區(qū)分類型:點(diǎn)對稱、軸對稱3求曲線y(x>0)在矩陣對應(yīng)的變換作用下得到的曲線解:矩陣對應(yīng)的變換是關(guān)于原點(diǎn)對稱的變換,因此,得到的曲線為y(x<0)4求直線y4x在矩陣作用下變換所得的圖形解:任取直線y4x在矩陣作用下變換所得的圖形上的一點(diǎn)P(x,y),一定存在變換前的點(diǎn)P(x,y)與它對應(yīng),使得 ,即(*)又點(diǎn)P(x,y)在直線y4x上,所以y4x,從而有yx,從而直線y4x在矩陣作用下變換成直線yx.根據(jù)(*),它們關(guān)于直線yx對稱如圖所示1計算 ,并說明其幾何意義解: ,其幾何意義是:由矩陣M確定的變換是關(guān)于直線yx的軸反射變換,將點(diǎn)(x,y)變換為點(diǎn)(y,x)2在矩陣變換下,圖(1),(2)中的ABO變成了ABO,其中點(diǎn)A的象為點(diǎn)A,點(diǎn)B的象為點(diǎn)B,試判斷相應(yīng)的幾何變換是什么?解:(1)對應(yīng)的是關(guān)于原點(diǎn)的中心反射變換,矩陣形式為.(2)對應(yīng)的是關(guān)于y軸的軸反射變換,矩陣形式為.3求ABC在經(jīng)過矩陣對應(yīng)的變換后所得圖形的面積,其中A(1,0),B(2,0),C(5,4)解:矩陣確定的變換是關(guān)于y軸的軸反射變換,它將點(diǎn)(x,y)變換為點(diǎn)(x,y)所以平面ABC在經(jīng)過矩陣對應(yīng)的變換后所得圖形是與原圖形全等的三角形,故只需求出ABC的面積即可所以所求圖形的面積為6.4求出曲線yex先在矩陣對應(yīng)的變換,后在矩陣對應(yīng)的變換作用下形成的曲線,并說明兩次變換后對應(yīng)的是什么變換?解:因為矩陣對應(yīng)的變換是關(guān)于y軸的軸反射變換,變換后曲線為yex.又因為矩陣對應(yīng)的變換是關(guān)于原點(diǎn)O的中心反射變換,變換后曲線為yex,即yex.兩次變換對應(yīng)的變換是關(guān)于x軸的軸反射變換5變換T使圖形F:yx21變?yōu)镕:y|x21|,試求變換T對應(yīng)的變換矩陣A.解:當(dāng)x(,1)(1,)時,A;當(dāng)x1,1時,A.6若曲線1經(jīng)過反射變換T變成曲線1,求變換T對應(yīng)的矩陣(寫出兩個不同的矩陣)解:T或T.7求關(guān)于直線y3x對稱的反射變換所對應(yīng)的矩陣A.解:在平面上任取一點(diǎn)P(x,y),令點(diǎn)P關(guān)于y3x的對稱點(diǎn)為P(x,y)則化簡得 .關(guān)于直線y3x對稱的反射變換對應(yīng)的矩陣為A.8已知矩陣M,N.在平面直角坐標(biāo)系中,設(shè)直線2xy10在變換TM,TN先后作用下得到曲線F,求曲線F的方程解:TM是關(guān)于直線yx對稱的反射變換,直線2xy10在TM的作用下得到直線F:2yx10.設(shè)P(x0,y0)為F上的任意一點(diǎn),它在TN的作用下變?yōu)镻(x,y), ,即點(diǎn)P在直線F上,2y0x010,即2xy10.所求曲線F的方程為2xy10.