CĐ1 - Bài 4: Phép quay và phép đối xứng tâm
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải CĐ1 - Bài 4: Phép quay và phép đối xứng tâm — SGK Chuyên đề Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Định nghĩa phép quay
Cho điểm $O$ cố định và góc lượng giác $\alpha$. Phép biến hình biến điểm $O$ thành chính nó, biến mỗi điểm $M \ne O$ thành điểm $M'$ sao cho $OM' = OM$ và góc lượng giác $(OM, OM') = \alpha$ được gọi là phép quay tâm $O$ góc quay $\alpha$, kí hiệu $Q_{(O, \alpha)}$.
- $O$ là tâm quay, $\alpha$ là góc quay.
- Chiều dương góc quay ngược chiều kim đồng hồ, chiều âm cùng chiều kim đồng hồ.
II. Phép đối xứng tâm
Phép đối xứng tâm $I$, kí hiệu $D_I$, là phép biến hình biến điểm $I$ thành chính nó, biến mỗi điểm $M \ne I$ thành điểm $M'$ sao cho $I$ là trung điểm của đoạn thẳng $MM'$.
Phép đối xứng tâm $I$ chính là phép quay $Q_{(I, 180^\circ)}$ hoặc $Q_{(I, -180^\circ)}$.
III. Tính chất & Biểu thức tọa độ
- Góc quay $+90^\circ$: $\begin{cases} x' = -y \\ y' = x \end{cases}$
- Góc quay $-90^\circ$: $\begin{cases} x' = y \\ y' = -x \end{cases}$
- Đối xứng tâm $O(0; 0)$ (góc $180^\circ$): $\begin{cases} x' = -x \\ y' = -y \end{cases}$
- Đối xứng tâm $I(x_0; y_0)$: $\begin{cases} x' = 2x_0 - x \\ y' = 2y_0 - y \end{cases}$
🔷 Dạng 1: Tọa độ ảnh qua phép quay $90^\circ, -90^\circ, 180^\circ$
Áp dụng trực tiếp công thức biểu thức tọa độ tâm $O$ với $\alpha = 90^\circ, -90^\circ, 180^\circ$.
Cho $A(2; -5)$. Tìm tọa độ $A_1 = Q_{(O, 90^\circ)}(A)$ và $A_2 = Q_{(O, -90^\circ)}(A)$.
Xem lời giải
• Quay $+90^\circ$: $x_1 = -(-5) = 5, y_1 = 2 \Rightarrow A_1(5; 2)$.
• Quay $-90^\circ$: $x_2 = -5, y_2 = -2 \Rightarrow A_2(-5; -2)$.
Tìm ảnh của $B(-3; 1)$ qua phép quay tâm $O$ góc quay $180^\circ$.
Xem lời giải
Quay $180^\circ$ tương đương đối xứng tâm $O \Rightarrow B'(3; -1)$.
📝 Thực hành — Dạng 1
Cho $M(-4; -2)$. Tìm $M' = Q_{(O, 90^\circ)}(M)$.
Xem lời giải
$x' = -(-2) = 2, y' = -4 \Rightarrow M'(2; -4)$.
Tìm $N$ biết $Q_{(O, -90^\circ)}(N) = N'(3; 1)$.
Xem lời giải
Phép ngược lại là quay $+90^\circ \Rightarrow x = -1, y = 3 \Rightarrow N(-1; 3)$.
🔷 Dạng 2: Tìm tọa độ ảnh qua phép đối xứng tâm $I(x_0; y_0)$
Dùng công thức trung điểm: $x' = 2x_I - x$ và $y' = 2y_I - y$.
Cho $I(1; 3)$ và $A(-2; 5)$. Tìm $A' = D_I(A)$.
Xem lời giải
• $x' = 2(1) - (-2) = 4$.
• $y' = 2(3) - 5 = 1$.
• Vậy $A'(4; 1)$.
Biết $D_I(M) = M'$ với $M(3; 1)$ và $M'(1; 5)$. Tìm tọa độ tâm đối xứng $I$.
Xem lời giải
$I$ là trung điểm $MM' \Rightarrow x_I = (3 + 1)/2 = 2; y_I = (1 + 5)/2 = 3 \Rightarrow I(2; 3)$.
📝 Thực hành — Dạng 2
Tìm ảnh của $B(0; -4)$ qua phép đối xứng tâm $I(2; 1)$.
Xem lời giải
$x' = 2(2) - 0 = 4; y' = 2(1) - (-4) = 6 \Rightarrow B'(4; 6)$.
Phép đối xứng tâm $I$ có mấy điểm cố định?
Xem lời giải
Có duy nhất 1 điểm cố định là chính tâm đối xứng $I$.
🔷 Dạng 3: PT ảnh của đường thẳng & đường tròn qua phép quay/đối xứng tâm
• Đường thẳng qua đối xứng tâm $I$: $d'$ song song hoặc trùng $d$.
• Đường thẳng qua quay $+90^\circ$: $d'$ vuông góc với $d$.
• Đường tròn: lấy ảnh của tâm $I$, giữ nguyên bán kính $R$.
Tìm phương trình ảnh của $d: 2x - y + 1 = 0$ qua phép đối xứng tâm $I(1; 2)$.
Xem lời giải
• $x = 2(1) - x' = 2 - x', y = 2(2) - y' = 4 - y'$.
• Thế vào $d$: $2(2 - x') - (4 - y') + 1 = 0 \Leftrightarrow 4 - 2x' - 4 + y' + 1 = 0 \Leftrightarrow -2x' + y' + 1 = 0 \Leftrightarrow 2x' - y' - 1 = 0$.
• Vậy $d': 2x - y - 1 = 0$.
Tìm ảnh của $(C): (x - 1)^2 + (y + 3)^2 = 4$ qua $Q_{(O, 90^\circ)}$.
Xem lời giải
• $(C)$ có tâm $I(1; -3), R = 2$.
• $I' = Q_{(O, 90^\circ)}(I) = (3; 1)$.
• $(C'): (x - 3)^2 + (y - 1)^2 = 4$.
📝 Thực hành — Dạng 3
Tìm ảnh của $d: x + 3y - 2 = 0$ qua phép quay $Q_{(O, 90^\circ)}$.
Xem lời giải
$x' = -y \Rightarrow y = -x'; y' = x \Rightarrow x = y'$. Thế vào $d: y' - 3x' - 2 = 0 \Leftrightarrow 3x - y + 2 = 0$.
Tìm ảnh của đường tròn $x^2 + y^2 = 9$ qua phép đối xứng tâm $I(2; -1)$.
Xem lời giải
$I(0;0) \rightarrow I'(4; -2) \Rightarrow (x-4)^2 + (y+2)^2 = 9$.
🔷 Dạng 4: Tìm tâm đối xứng của hình
Điểm $I$ là tâm đối xứng của hình $(H)$ nếu $D_I((H)) = (H)$.
Hình nào sau đây có tâm đối xứng: Hình bình hành, Hình tam giác đều, Hình thang cân?
Xem lời giải
Chỉ có **Hình bình hành** (tâm đối xứng là giao điểm 2 đường chéo).
Tìm tâm đối xứng của đồ thị hàm số $y = x^3 - 3x + 1$.
Xem lời giải
Tâm đối xứng của đồ thị hàm bậc ba là điểm uốn $I(x_0; y_0)$ có $y''(x_0) = 0 \Rightarrow 6x = 0 \Rightarrow x_0 = 0 \Rightarrow I(0; 1)$.
📝 Thực hành — Dạng 4
Tâm đối xứng của đồ thị hàm số nhất biến $y = \dfrac{2x+1}{x-1}$ là điểm nào?
Xem lời giải
Là giao điểm của 2 đường tiệm cận $I(1; 2)$.
Hình tròn có bao nhiêu tâm đối xứng?
Xem lời giải
Có duy nhất 1 tâm đối xứng là tâm của đường tròn.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Định nghĩa phép quay tâm $O$ góc $\alpha$.
Xem lời giải
$OM' = OM$ và $(OM, OM') = \alpha$.
Bài 2. Nêu mối liên hệ giữa phép đối xứng tâm $I$ và phép quay.
Xem lời giải
Phép đối xứng tâm $I$ là phép quay $Q_{(I, 180^\circ)}$.
Bài 3. Tìm ảnh của $A(3; 4)$ qua $Q_{(O, 90^\circ)}$.
Xem lời giải
$A'(-4; 3)$.
Bài 4. Tìm ảnh của $B(-2; 5)$ qua $Q_{(O, -90^\circ)}$.
Xem lời giải
$B'(5; 2)$.
Bài 5. Tìm ảnh của $C(1; -3)$ qua $D_I$ với $I(2; 1)$.
Xem lời giải
$x' = 4 - 1 = 3, y' = 2 - (-3) = 5 \Rightarrow C'(3; 5)$.
Bài 6. Tìm ảnh của $d: x - 2y + 5 = 0$ qua $D_O$.
Xem lời giải
$-x + 2y + 5 = 0 \Leftrightarrow x - 2y - 5 = 0$.
Bài 7. Tìm ảnh của $(C): (x-1)^2 + (y-2)^2 = 4$ qua $D_O$.
Xem lời giải
$(x+1)^2 + (y+2)^2 = 4$.
Bài 8. Tam giác đều có tâm đối xứng không?
Xem lời giải
Không có tâm đối xứng.
Bài 9. Lục giác đều có mấy tâm đối xứng và mấy trục đối xứng?
Xem lời giải
1 tâm đối xứng và 6 trục đối xứng.
Bài 10. Phép quay có phải là phép dời hình không?
Xem lời giải
Có, bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Phép quay và phép đối xứng tâm. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Phép quay & Phép đối xứng tâm
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →