Является ли преобразование подобия движением. И
ГЕОМЕТРИЯ
Планы-конспекты уроков для 10 классов
Урок 50
Тема. Преобразование подобия и его свойства
Цель урока: формирование знаний учащихся о сходстве пространственных фигур, изучение свойств преобразования подобия и применение их к решению задач.
Оборудование: модели куба и тетраэдра.
Ход урока
И. Проверка домашнего задания
1. Коллективное обсуждение контрольных вопросов № 9-11 и решения задач № 23-25 (1).
2. Математический диктант.
При параллельном переносе точка А переходит в точку В: вариант 1 - А (6; 7; 8), В (8; 2; 6 ); вариант 2 - A (2; 1; 3), В(1; 0; 7). Запишите:
1) формулы параллельного переноса;
2) координаты точки С, которая образовалась в результате параллельного переноса точки О (0; 0; 0);
3) координаты точки D , которая образовалась в результате параллельного переноса точки С;
4) координаты точки F , в которую перешла точка M (1; 1; 1 ) в результате параллельного переноса;
5) формулы параллельного переноса, при котором точка В перейдет в точку А.
Ответ. Вариант 1. 1) х1 = х + 2, у1 = у - 5, z1 = z - 2; 2) С(2; -5; -2); 3) D (4; -10; -4); 4) F (-1; 6; 3); 5) x 1 = х - 2, у1 = у + 5, z 1 = z + 2.
Вариант 2.1) x 1 = х - 1, y 1 = y -1, z 1 = z + 4 ; 2) C (-1; -1; 4); 3) D (-2; -2, -8); 4) F (2; 2; -3); 5) x 1 = x + 1, y 1 = y + 1, z 1 = z - 4.
II. Восприятие и осознание нового материала
Преобразование подобия в пространстве
Преобразование фигуры F в фигуру F 1 называется преобразованием подобия, если произвольные точки X и Y фигуры F переходят в точки X 1 и Y 1 фигуры F1 такие, что Х1Y 1 = k XY .
Преобразование подобия в пространстве, как и на плоскости, переводящее прямые в прямые, півпрямі в півпрямі, отрезки в отрезки и сохраняет углы между півпрямими.
Две фигуры в пространстве называются подобными, если они переводятся друг в друга преобразованием подобия.
Простейшим преобразованием подобия в пространстве является гомотетія.
Гомотетія относительно центра О с коэффициентом k - это преобразование, которое переводит произвольную точку Х в точку X1 луча ОХ, такую, что ОХ1 = k OX . (рис. 270).
Преобразования гомотетії в пространстве переводит любую плоскость, не проходящую через центр гомотетії, в параллельную плоскость (или в себя, когда k = 1).
Доказательство проводится так, как это сделано в учебнике.
Решение задач
1. Что представляет собой фигура, подобная куба с коэффициентом подобия: а) k = 2; б) k = ; в) k = 1?
2. Постройте фигуру, гомотетичну данном тетраедру ABCD относительно точки S (рис. 271) с коэффициентом гомотетії: а) k = 2; б) k = ; в) k = 1.
3. В какую фигуру переходит плоскость при гомотетії, если эта плоскость проходит через центр гомотетії?
4. Постройте фигуру, в которую перейдет куб при гомотетії относительно точки S (рис. 272) с коэффициентом гомотетії.
5. Треугольник АВС гомотетичний треугольник А1 В1 С1 относительно начала координат с коэффициентом гомотетії k = 2. Найдите координаты вершин треугольника А1 В1 С1 , если А (1 ; 0; 0), В (0; 3; 0), С (0; 0; - 3).
6. Задача № 29 из учебника (с. 56).
III . Домашнее задание
§4, п. 30 ; контрольные вопросы № 12-13; задача № 28 (с. 56).
IV. Подведение итога урока
Вопрос к классу
1) Что такое преобразование подобия? Перечислите его свойства.
2) Какое преобразование называется гомотетією с центром О и коэффициентом А?
3) В треугольной пирамиде SABC проведено сечение MNK так, что SM = 2MA , SK = 2KC , SN = 2NB (рис. 273). Укажите, какие из приведенных утверждений правильные, а какие - неправильные:
а) при гомотетії с центром S и коэффициентом точка М переходит в точку А;
б) при гомотетії с центром S и коэффициентом плоскость АВС переходит в плоскость MNK ;
в) AB = MN ;
г) при гомотетії с центром S и коэффициентом - пирамида SABC переходит в пирамиду SMNK .
4) В кубе ABCDA1 B1 C1 D1 проведено сечение BDC 1 и MNK , где точки М, N , К - середины ребер СС1 , ВС, DC (рис. 234). Укажите, какие из приведенных утверждений правильные, а какие - неправильные:
а) при гомотетії с центром С и коэффициентом 0,5 точка М переходит в точку C1 ;
б) при гомотетії с центром С и коэффициентом 2 плоскость MNK переходит в плоскость BDC1 ;
в) BD = 2 NK ;
г) площадь сечения BDC 1 в 4 раза больше площади сечения MNK.
Подобием μ называется такое преобразование плоскости, которое расстояние между любыми двумя точками изменяет в r>0 раз: .
При условии r=1 это движение.
Гомотетия с коэффициентом также является частным случаем подобия .
Теорема : Если даны прямоугольные декартовы реперы , то единственное подобие μ, которое осуществляет перевод
Как и для движений можно показать, что и
Из этих формул следует, что всякое подобие можно представить в виде произведения гомотетии и движения .
Из теоремы следует, что:
Прямые переходят в прямые,
Углы между линиями сохраняются,
Все расстояния изменяются в r раз.
Теорема: множество преобразований подобия (на плоскости) образуют группу.
Группу подобия G(μ) называют метрической группой (группой Клейна), которая позволяет измерять расстояния.
Подгруппой является группа движений 1 рода (не изменяет ориентацию фигуры: параллельный перенос, поворот, центральная симметрия и тождественное преобразование).
Подобие является частным случаем отношения эквивалентности:
Подобие можно разбить на два класса:
Сохраняет ориентацию – 1 рода (образует группу);
Изменяет ориентацию – 2 рода (не образует группу).
При подобии площади фигур изменяются в r 2 раз, где r – коэффициент подобия.
Применение к решению задач:
Построить треугольник по двум углам и периметру.
Используем свойство подобия: линейные размеры подобных фигур соотносятся с коэффициентом подобия r.
1.Строим треугольник, у которого:
Основание равно нашему периметру,
Углы при основании равны нашим углам (получим треугольник, подобный данному – согласно 2 признаку подобия);
2. Можно определить новый периметр K, исходный периметр и сторона AB известны.
Так как треугольники подобны, то . Согласно теореме Фалеса найдем .
Аналогично найдем .
3. Откладываем от точки и получаем , аналогично от точки и получаем . Строим углы a и b, и получаем нужный нам треугольник .
Презентация по геометрии на тему «Подобие пространственных фигур» Подготовил Ученик 10 «Б» класса Куприянов Артем
Преобразование фигуры F называется преобразованием подобия, если при этом преобразовании расстояния между точками изменяются в одно и то же число раз, т. е. для любых двух точек X и У фигуры F и точек X", У фигуры F", в которые они переходят, X"Y" = k * XY . Определение: Преобразование подобия в пространстве Фигура называется подобной фигуре F , если существует подобие пространства, отображающая фигуру F на фигуру Определение:
Свойства подобия 1) При подобии прямые переходят в прямые, плоскости, отрезки и лучи отображаются также в плоскости, отрезки и лучи соответственно. 2) При подобии сохраняется величина угла (плоского и двухгранного), параллельные прямые(плоскости) отображаются как параллельные прямые (плоскости), перпендикулярная прямая и плоскость – на перпендикулярные прямую и плоскость. 3) Из сказанного выше следует, что подобном преобразовании подобия пространства образом любой фигуры является «похожая» на нее фигура, то есть фигура, имеющая такую же форму, что и отображаемая (данная) фигура, но отличающаяся от данной лишь своими «размерами»
Основные свойства подобных фигур Свойство транзитивности. Если фигура F1 подобна фигуре F2 и фигура F2 подобна фигуре F3 , то фигура F1 подобна фигуре F3. Свойство симметричности. Если фигура F1 подобна фигуре F2 , то и фигура F2 подобна фигуре F1 Свойство рефлективности. Фигура подобна сама себе при коэффициенте подобия, равном 1 (при k=1)
Замечательным является тот факт, что все фигуры одного и того же класса обладают одними и теми же свойствами с точностью до подобия (имеют одинаковую форму, но отличаются размерами: отношение площадей подобных фигур равно квадрату коэффициента подобия, а отношение объемов – кубу коэффициента подобия) Три свойства отношения подобия фигур позволяют разбить множество всех фигур пространства на подмножества – попарно непересекающиеся классы подобных между собой фигур: каждый класс представляет собой множество всех подобных друг другу фигур пространства. При этом любая фигура пространства принадлежит одному и только одному из этих классов. Множество кубов Пример: Множество правильных тетраэдров
Гомотетия - один из видов преобразований подобия. Определение. Гомотетией пространства с центром О и коэффициентом называется преобразование пространства, при котором любая точка М отображается на такую точку М ’ , что = k Гомотетию с центром О и коэффициентом k обозначают При k=1 гомотетия является тождественным преобразованием, а при k=-1 – центральной симметрией с центром а центре гомотетии
Примеры гомотетии с центром в точке О
Формулы гомотетии с центром в начале координат и коэффициентом k Свойства гомотетии 1) При гомотетии величина плоского и двухгранного угла сохраняется 2) При гомотетии с коэффициентом k расстояние между точками изменяется в 3) Отношение площадей гомотетических фигур равно квадрату коэффициента гомотетии. 4) Отношение объемов гомотетических фигур равно модулю куба коэффициента гомотетии 5) Гомотетия с положительным коэффициентом не меняет ориентации пространства, а с отрицательным коэффициентом – меняет.
6 свойство (с доказательством) Преобразование гомотетии в пространстве переводит любую плоскость, не проходящую через центр гомотетии, в параллельную плоскость (или в себя при k=1). Действительно, пусть О - центр гомотетии и α - любая плоскость, не проходящая через О. Возьмем любую прямую АВ в плоскости α . Преобразование гомотетии переводит точку А в точку А" на луче OA , а точку В в точку В ’ на луче OB, причем - коэффициент гомотетии. Отсюда следует подобие треугольников АОВ и А"ОВ ’ . Из подобия треугольников следует равенство соответственных углов ОАВ и ОА"В" , а значит, параллельность прямых АВ и А"В". Возьмем теперь другую прямую АС в плоскости. Она при гомотетии перейдет в параллельную прямую А"С". При рассматриваемой гомотетии плоскость перейдет в плоскость " проходящую через прямые А"В", А"С. Так как А"В‘ ll АВ и А ’ С ’ ll АС, то по признаку параллельности плоскостей плоскости и параллельны, что и требовалось доказать. Дано α O – центр гомотетии Доказать α II α ’ Доказательство
Кино в кинотеатрах
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПОДОБИЯ
Преобразование фигуры F в фигуру F" называется преобразованием подобия, если при этом преобразовании расстояния между точками изменяются в одно и то же число раз (рис. 1). Это значит, что если произвольные точки X, Y фигуры F при преобразовании подобия переходят в точки X", Y" фигуры F", то X"Y" = k-XY, причем число k -- одно и то же для всех точек X, Y. Число k называется коэффициентом подобия. При k = l преобразование подобия, очевидно, является движением.
Пусть F -- данная фигура и О -- фиксированная точка (рис. 2). Проведем через произвольную точку X фигуры F луч ОХ и отложим на нем отрезок ОХ", равный k?OX, где k -- положительное число. Преобразование фигуры F, при котором каждая ее точка X переходит в точку X", построенную указанным способом, называется гомотетией относительно центра О. Число k называется коэффициентом гомотетии, фигуры F и F" называются гомотетичными.
Теорема 1. Гомотетия есть преобразование подобия
Доказательство. Пусть О -- центр гомотетии, k -- коэффициент гомотетии, X и Y - две произвольные точки фигуры (рис.3)
Рис.3
При гомотетии точки X и Y переходят в точки X" и Y" на лучах ОХ и OY соответственно, причем OX" = k?OX, OY" = k?OY. Отсюда следуют векторные равенства ОХ" = kOX, OY" = kOY.
Вычитая эти равенства почленно, получим: OY"-OX" = k (OY- OX).
Так как OY" - OX"= X"Y", OY -OX=XY, то Х" Y" = kХY. Значит, /X"Y"/=k /XY/, т.e. X"Y" = kXY. Следовательно, гомотетия есть преобразование подобия. Теорема доказана.
Преобразование подобия широко применяется на практике при выполнении чертежей деталей машин, сооружений, планов местности и др. Эти изображения представляют собой подобные преобразования воображаемых изображений в натуральную величину. Коэффициент подобия при этом называется масштабом. Например, если участок местности изображается в масштабе 1:100, то это значит, что одному сантиметру на плане соответствует 1 м на местности.
Задача. На рисунке 4 изображен план усадьбы в масштабе 1:1000. Определите размеры усадьбы (длину и ширину).
Решение. Длина и ширина усадьбы на плане равны - 4 см и 2,7 см. Так как план выполнен в масштабе 1:1000, то размеры усадьбы равны соответственно 2,7 х1000 см = 27 м, 4х100 см = 40 м.
СВОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОДОБИЯ
Так же как и для движения, доказывается, что при преобразовании подобия три точки А, В, С, лежащие на одной прямой, переходят в три точки А 1 , В 1 , С 1 , также лежащие на одной прямой. Причем если точка В лежит между точками А и С, то точка В 1 лежит между точками А 1 и С 1 . Отсюда следует, что преобразование подобия переводит прямые в прямые, полупрямые в полупрямые, отрезки в отрезки.
Докажем, что преобразование подобия сохраняет углы между полупрямыми.
Действительно, пусть угол ABC преобразованием подобия с коэффициентом k переводится в угол А 1 В 1 С 1 (рис. 5). Подвергнем угол ABC преобразованию гомотетии относительно его вершины В с коэффициентом гомотетии k. При этом точки А и С перейдут в точки А 2 и С 2 . Треугольники А 2 ВС 2 и А 1 В 1 С 1 равны по третьему признаку. Из равенства треугольников следует равенство углов А 2 ВС 2 и А 1 В 1 С 1 . Значит, углы ABC и А 1 В 1 С 1 равны, что и требовалось доказать.
Примеры
- Каждая гомотетия является подобием.
- Каждое движение (в том числе и тождественное) также можно рассматривать как преобразование подобия с коэффициентом k = 1 .
Подобные фигуры на рисунке имеют одинаковые цвета.
Связанные определения
Свойства
В метрических пространствах так же, как в n -мерных римановых , псевдоримановых и финслеровых пространствах подобие определяется как преобразование, переводящее метрику пространства в себя с точностью до постоянного множителя.
Совокупность всех подобий n-мерного евклидова, псевдоевклидова, риманова, псевдориманова или финслерова пространства составляет r -членную группу преобразований Ли , называемой группой подобных (гомотетических) преобразований соответствующего пространства. В каждом из пространств указанных типов r -членная группа подобных преобразований Ли содержит (r − 1) -членную нормальную подгруппу движений.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Преобразование подобия" в других словарях:
преобразование подобия - Изменение характеристик моделируемого объекта посредством умножения его параметров на значения таких величин, которые преобразуют сходственные параметры, обеспечивая этим подобие и делая математическое описание, если оно имеется, тождественным… …
преобразование подобия - panašumo transformacija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. transformation of similitude vok. Ähnlichkeitstransformation, f; äquiforme Transformation, f rus. преобразование подобия, n pranc. conversion de similitude, f; transformation de… … Fizikos terminų žodynas
См Гомотетия … Большой энциклопедический политехнический словарь
преобразование подобия - Изменение количественных характеристик данного явления посредством умножения их на постоянные множители, преобразующие эти характеристики в соответствующие характеристики подобного явления … Политехнический терминологический толковый словарь
Преобразование - (в кибернетике) изменение значений переменных, характеризующих систему, например, превращение переменных на входе предприятия (живой труд, сырье и т.д.) в переменные на выходе (продукты, побочные результаты, брак). Это пример П … Экономико-математический словарь
преобразование (в кибернетике) - Изменение значений переменных, характеризующих систему, например, превращение переменных на входе предприятия (живой труд, сырье и т.д.) в переменные на выходе (продукты, побочные результаты, брак). Это пример П. в ходе вещественного процесса. В… … Справочник технического переводчика
Замена одного математического объекта (геометрической фигуры, алгебраической формулы, функции и др.) аналогичным объектом, получаемым из первого по определенным правилам. Напр., заменяя алгебраическое выражение x2+4x+4 выражением (x+2)2,… … Большой Энциклопедический словарь
Здесь собраны определения терминов из планиметрии. Курсивом выделены ссылки на термины в этом словаре (на этой странице). # А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф … Википедия
Одно из основных понятий математики, возникающее при изучении соответствий между классами геометрических объектов, классами функций и т.п. Например, при геометрических исследованиях часто приходится изменять все размеры фигур в одном и… … Большая советская энциклопедия
Я; ср. 1. к Преобразовать и Преобразоваться. П. училища в институт. П. сельского хозяйства. П. механической энергии в тепловую. 2. Коренное изменение, перемена. Крупные социальные преобразования. Заняться хозяйственными преобразованиями. ◁… … Энциклопедический словарь