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中学阶段所有关于直线对称问题!

2022-08-14 10:48 作者:求导宗师的线性空间  | 我要投稿

在如今的新高考体制下,题目的学科综合性日益加强,数学题也出现了许多关于直线对称的问题,例如反射光线问题

所以up今天来给大家分享关于直线对称问题的解法,学会了以后就能去找你的同学切磋了,肥肠好用哦!

一.点关于直线对称

设平面内一点 M(x_%7B0%7D%2Cy_%7B0%7D)

直线 l%3AAx%2BBy%2BC%3D0

设 M 关于 l 的对称点为 N(x_%7B1%7D%2Cy_%7B1%7D)   

由 %5Ccolor%7Bred%7D%7BMN%5Cbot%20l%7D 以及 %5Ccolor%7Bred%7D%7BAB%E4%B8%AD%E7%82%B9%E5%9C%A8l%E4%B8%8A%7D 列方程:

%5Ccolor%7Bblue%7D%7B-%5Cfrac%7BA%7D%7BB%7D%5Ccdot%20%5Cfrac%7By_%7B1%7D-y_%7B0%7D%7D%7Bx_%7B1%7D-x_%7B0%7D%7D%3D-1%7D

%5Ccolor%7Bblue%7D%7BA(%5Cfrac%7Bx_%7B0%7D%2Bx_%7B1%7D%7D%7B2%7D)%2BB(%5Cfrac%7By_%7B0%7D%2By_%7B1%7D%7D%7B2%7D)%2BC%3D0%7D

解这个关于 x_%7B1%7D 和 y_%7B1%7D 的方程组,得到:

x_%7B1%7D%3Dx_%7B0%7D-2A%5Ccdot%20%5Cfrac%7BAx_%7B0%7D%2BBy_%7B0%7D%2BC%7D%7BA%5E2%2BB%5E2%7D

y_%7B1%7D%3Dy_%7B0%7D-2B%5Ccdot%20%5Cfrac%7BAx_%7B0%7D%2BBy_%7B0%7D%2BC%7D%7BA%5E2%2BB%5E2%7D

不妨令 %5Ccolor%7Bred%7D%7Bt%3D%5Cfrac%7BAx_%7B0%7D%2BBy_%7B0%7D%2BC%7D%7BA%5E2%2BB%5E2%7D%7D 

N 的坐标为 %5Ccolor%7Bred%7D%7B(x_%7B0%7D-2At%2Cy_%7B0%7D-2Bt)%7D

这便是点关于直线对称点公式

我们可以称 %5Ccolor%7Bred%7D%7Bt%7D 为对称因子,务必注意其中没有绝对值和根号

二.曲线关于直线对称

设一曲线的方程为 F(x%2Cy)%3D0

对称轴方程 l%3AAx%2BBy%2BC%3D0

设 F(x%2Cy)%3D0 关于 l 的对称曲线方程为 G(x%2Cy)%3D0

则其上任意一点 A(x_%7B0%7D%2Cy_%7B0%7D) 满足 G(x_%7B0%7D%2Cy_%7B0%7D)%3D0

因为 A 关于 l 的对称点在 F(x%2Cy)%3D0 上 

故 F(x_%7B0%7D-2At%2Cy_%7B0%7D-2Bt)%3D0

因此 G(x%2Cy)%3D0 上的所有点都在曲线 %5Ccolor%7Bred%7D%7BF(x-2At%2Cy-2Bt)%3D0%7D 上

这便是曲线关于直线的对称曲线公式,其中 %5Ccolor%7Bred%7D%7Bt%3D%5Cfrac%7BAx%2BBy%2BC%7D%7BA%5E2%2BB%5E2%7D%7D

三.直线关于直线对称

事实上,直线关于直线对称同样可以用上面那个公式,只是有点太麻烦了,我们可以采用以下办法快速求出对称直线方程:

设直线 l_%7B1%7D%3Ay%3Dk_%7B1%7Dx%2Bb_%7B1%7Dk_%7B1%7D存在)

对称轴直线 l_%7B0%7D%3Ay%3Dk_%7B0%7Dx%2Bb_%7B0%7Dk_%7B0%7D存在)

l_%7B1%7D关于l_%7B0%7D 的对称直线 l_%7B2%7D%3Ay%3Dk_%7B2%7Dx%2Bb_%7B2%7D

【第一步】联立该两条直线,求出交点坐标 D(x_%7B0%7D%2Cy_%7B0%7D)直线 l_%7B2%7D 经过 D

【第二步】由两角差正切公式有:

%5Ccolor%7Bred%7D%7B%5Cfrac%7Bk_%7B1%7D-k_%7B0%7D%7D%7B1%2Bk_%7B1%7Dk_%7B0%7D%7D%3D%5Cfrac%7Bk_%7B0%7D-k_%7B2%7D%7D%7B1%2Bk_%7B0%7Dk_%7B2%7D%7D%7D

化简后得到关于 k_%7B2%7D 的一元一次方程

注意:若方程无解,说明 k_%7B2%7D 不存在,l_%7B2%7D 平行于 y

【第三步】写出对称直线点斜式方程,最终化为斜截式或一般式,完成!

特别地,若 k_%7B1%7D 不存在,则应这样求 k_%7B2%7D:

%5Ccolor%7Bblue%7D%7Btan%5Cbeta%20%3Dtan2%5Calpha%20%5CRightarrow%20%5Cfrac%7B1%7D%7Bk_%7B2%7D%7D%3D%5Cfrac%7B2%5Cfrac%7B1%7D%7Bk_%7B0%7D%7D%7D%7B1-%5Cfrac%7B1%7D%7Bk_%7B0%7D%5E2%7D%7D%5CRightarrow%20k_%7B2%7D%3D%5Cfrac%7Bk_%7B0%7D%5E2-1%7D%7B2k_%7B0%7D%7D%7D

当然,还有 k_%7B0%7D 不存在的情况,此时 k_%7B1%7D%2Bk_%7B2%7D%3D0

这样一来,我们就解决了所有关于直线对称的问题了!

好了,以上就是本期内容了,感谢收看!

拜拜~

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