對稱問題是高中數學的重要內容之一,在高考數學試題中常出現一些構思新穎解法靈活的對稱問題,為使對稱問題的知識系統化,本文特作以下歸納。
一、點關於已知點或已知直線對稱點問題
1、設點P(x,y)關於點(a,b)對稱點為P′(x′,y′),
x′=2a-x
由中點座標公式可得:y′=2b-y
2、點P(x,y)關於直線L:Ax+By+C=O的對稱點為
x′=x-(Ax+By+C)
P′(x′,y′)則
y′=y-(AX+BY+C)
事實上:∵PP′⊥L及PP′的中點在直線L上,可得:Ax′+By′=-Ax-By-2C
解此方程組可得結論。
(- )=-1(B≠0)
特別地,點P(x,y)關於
1、x軸和y軸的對稱點分別為(x,-y)和(-x,y)
2、直線x=a和y=a的對標點分別為(2a-x,y)和(x,2a-y)
3、直線y=x和y=-x的對稱點分別為(y,x)和(-y,-x)
例1 光線從A(3,4)發出後經過直線x-2y=0反射,再經過y軸反射,反射光線經過點B(1,5),求射入y軸後的反射線所在的直線方程。
解:如圖,由公式可求得A關於直線x-2y=0的對稱點
A′(5,0),B關於y軸對稱點B′為(-1,5),直線A′B′的方程為5x+6y-25=0
`C(0, )
`直線BC的方程為:5x-6y+25=0
二、曲線關於已知點或已知直線的對稱曲線問題
求已知曲線F(x,y)=0關於已知點或已知直線的對稱曲線方程時,只須將曲線F(x,y)=O上任意一點(x,y)關於已知點或已知直線的對稱點的座標替換方程F(x,y)=0中相應的作稱即得,由此我們得出以下結論。
1、曲線F(x,y)=0關於點(a,b)的對稱曲線的方程是F(2a-x,2b-y)=0
2、曲線F(x,y)=0關於直線Ax+By+C=0對稱的曲線方程是F(x-(Ax+By+C),y-(Ax+By+C))=0
特別地,曲線F(x,y)=0關於
(1)x軸和y軸對稱的曲線方程分別是F(x,-y)和F(-x,y)=0
(2)關於直線x=a和y=a對稱的曲線方程分別是F(2a-x,y)=0和F(x,2a-y)=0
(3)關於直線y=x和y=-x對稱的曲線方程分別是F(y,x)=0和F(-y,-x)=0
除此以外還有以下兩個結論:對函數y=f(x)的圖象而言,去掉y軸左邊圖象,保留y軸右邊的圖象,並作關於y軸的對稱圖象得到y=f(|x|)的圖象;保留x軸上方圖象,將x軸下方圖象翻折上去得到y=|f(x)|的圖象。
例2(全國高考試題)設曲線C的方程是y=x3-x。將C沿x軸y軸正向分別平行移動t,s單位長度後得曲線C1:
1)寫出曲線C1的方程
2)證明曲線C與C1關於點A( , )對稱。
(1)解 知C1的方程為y=(x-t)3-(x-t)+s
(2)證明 在曲線C上任取一點B(a,b),設B1(a1,b1)是B關於A的對稱點,由a=t-a1,b=s-b1,代入C的方程得:
s-b1=(t-a1)3-(t-a1)
`b1=(a1-t)3-(a1-t)+s
`B1(a1,b1)滿足C1的方程
`B1在曲線C1上,反之易證在曲線C1上的點關於點A的對稱點在曲線C上
`曲線C和C1關於a對稱
我們用前面的結論來證:點P(x,y)關於A的對稱點為P1(t-x,s-y),為了求得C關於A的對稱曲線我們將其座標代入C的方程,得:s-y=(t-x)3-(t-x)
`y=(x-t)3-(x-t)+s
此即為C1的方程,`C關於A的對稱曲線即為C1。
三、曲線本身的對稱問題
曲線F(x,y)=0為(中心或軸)對稱曲線的充要條件是曲線F(x,y)=0上任意一點P(x,y)(關於對稱中心或對稱軸)的對稱點的座標替換曲線方程中相應的座標後方程不變。
例如拋物線y2=-8x上任一點p(x,y)與x軸即y=0的對稱點p′(x,-y),其座標也滿足方程y2=-8x,`y2=-8x關於x軸對稱。
例3 方程xy2-x2y=2x所表示的曲線:
A、關於y軸對稱 B、關於直線x+y=0對稱
C、關於原點對稱 D、關於直線x-y=0對稱
解:在方程中以-x換x,同時以-y換y得
(-x)(-y)2-(-x)2(-y)=-2x,即xy2-x2y=2x方程不變
`曲線關於原點對稱。
函數圖象本身關於直線和點的對稱問題我們有如下幾個重要結論:
1、函數f(x)定義線為R,a為常數,若對任意x∈R,均有f(a+x)=f(a-x),則y=f(x)的圖象關於x=a對稱。
這是因為a+x和a-x這兩點分別列於a的左右兩邊並關於a對稱,且其函數值相等,説明這兩點關於直線x=a對稱,由x的任意性可得結論。
例如對於f(x)若t∈R均有f(2+t)=f(2-t)則f(x)圖象關於x=2對稱。若將條件改為f(1+t)=f(3-t)或 f(t)=f(4-t)結論又如何呢?第一式中令t=1+m則得f(2+m)=f(2-m);第二式中令t=2+m,也得f(2+m)=f(2-m),所以仍有同樣結論即關於x=2對稱,由此我們得出以下的更一般的結論:
2、函數f(x)定義域為R,a、b為常數,若對任意x∈R均有f(a+x)=f(b-x),則其圖象關於直線x= 對稱。
我們再來探討以下問題:若將條件改為f(2+t)=-f(2-t)結論又如何呢?試想如果2改成0的話得f(t)=-f(t)這是奇函數,圖象關於(0,0)成中心對稱,現在是f(2+t)=-f(2-t)造成了平移,由此我們猜想,圖象關於M(2,0)成中心對稱。如圖,取點 A(2+t,f(2+t))其關於M(2,0)的對稱點為A′(2-x,-f(2+x))
∵-f(2+X)=f(2-x)`A′的座標為(2-x,f(2-x))顯然在圖象上
`圖象關於M(2,0)成中心對稱。
若將條件改為f(x)=-f(4-x)結論一樣,推廣至一般可得以下重要結論:
3、f(X)定義域為R,a、b為常數,若對任意x∈R均有f(a+x)=-f(b-x),則其圖象關於點M(,0)成中心對稱。