CĐ1 - Bài 5: Phép dời hình
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải CĐ1 - Bài 5: Phép dời hình — SGK Chuyên đề Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Định nghĩa phép dời hình
Phép biến hình $F$ được gọi là phép dời hình nếu nó bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì.
Nếu $F(M) = M'$ và $F(N) = N'$ thì $M'N' = MN$.
Các phép biến hình: Phép đồng nhất, phép tịnh tiến, phép đối xứng trục, phép đối xứng tâm, phép quay đều là những phép dời hình.
II. Tính chất của phép dời hình
- Biến 3 điểm thẳng hàng thành 3 điểm thẳng hàng và bảo toàn thứ tự giữa 3 điểm đó.
- Biến đường thẳng thành đường thẳng, biến tia thành tia, biến đoạn thẳng thành đoạn thẳng bằng nó.
- Biến tam giác thành tam giác bằng nó, biến góc thành góc bằng nó.
- Biến đường tròn thành đường tròn có cùng bán kính.
- Thực hiện liên tiếp hai phép dời hình ta được một phép dời hình.
III. Khái niệm hai hình bằng nhau
Hai hình $(H)$ và $(H')$ được gọi là bằng nhau nếu có một phép dời hình biến hình $(H)$ thành hình $(H')$, kí hiệu $(H) = (H')$.
🔷 Dạng 1: Nhận biết phép dời hình & Hợp thành
Kiểm tra xem phép biến hình có thỏa mãn $M'N' = MN$ không, hoặc kiểm tra xem có phải là tích của các phép dời hình cơ bản không.
Phép biến hình $F: M(x; y) \mapsto M'(x + 1; -y)$ có phải là phép dời hình không?
Xem lời giải
• Lấy $A(x_A; y_A)$ và $B(x_B; y_B) \Rightarrow AB = \sqrt{(x_B - x_A)^2 + (y_B - y_A)^2}$.
• $A'(x_A + 1; -y_A), B'(x_B + 1; -y_B) \Rightarrow A'B' = \sqrt{(x_B - x_A)^2 + (-y_B + y_A)^2} = AB$.
• Vậy $F$ bảo toàn khoảng cách $\Rightarrow F$ là phép dời hình (chính là hợp thành của $D_{Ox}$ và $T_{(1;0)}$).
Phép chiếu vuông góc lên trục $Ox$ có phải là phép dời hình không?
Xem lời giải
• Lấy $A(0; 1), B(0; 2) \Rightarrow AB = 1$.
• Hình chiếu $A'(0; 0), B'(0; 0) \Rightarrow A'B' = 0 \ne AB$.
• Vậy phép chiếu vuông góc **không phải** là phép dời hình.
📝 Thực hành — Dạng 1
Phép biến hình $F(x; y) = (2x; 2y)$ có phải phép dời hình không?
Xem lời giải
Không, khoảng cách gấp 2 lần ($A'B' = 2 AB$). Đây là phép vị tự.
Hợp thành của phép tịnh tiến và phép quay có là phép dời hình không?
Xem lời giải
Có, vì hợp thành hai phép dời hình là một phép dời hình.
🔷 Dạng 2: Tìm ảnh qua liên tiếp hai phép dời hình
- Tìm ảnh $(H_1)$ của $(H)$ qua phép dời hình thứ nhất.
- Tìm ảnh $(H')$ của $(H_1)$ qua phép dời hình thứ hai.
Cho $A(1; 2)$. Tìm tọa độ $A''$ thu được bằng cách thực hiện liên tiếp phép tịnh tiến $T_{\vec{v}}$ với $\vec{v} = (2; 1)$ và phép đối xứng trục $Ox$.
Xem lời giải
• Bước 1: $A' = T_{\vec{v}}(A) = (1 + 2; 2 + 1) = (3; 3)$.
• Bước 2: $A'' = D_{Ox}(A') = (3; -3)$.
Tìm phương trình đường thẳng $d''$ là ảnh của $d: x - y + 1 = 0$ qua liên tiếp $D_O$ và $Q_{(O, 90^\circ)}$.
Xem lời giải
• $D_O$: $x \to -x_1, y \to -y_1 \Rightarrow -x_1 + y_1 + 1 = 0 \Leftrightarrow x_1 - y_1 - 1 = 0$ ($d_1$).
• $Q_{(O, 90^\circ)}$: $x_1 = -y'', y_1 = x'' \Rightarrow (-y'') - x'' - 1 = 0 \Leftrightarrow x'' + y'' + 1 = 0$.
• Vậy $d'': x + y + 1 = 0$.
📝 Thực hành — Dạng 2
Tìm ảnh của $B(2; -3)$ qua liên tiếp $D_{Oy}$ và $T_{(1; 2)}$.
Xem lời giải
$B'(-2; -3) \Rightarrow B''(-1; -1)$.
Tìm ảnh của đường tròn $(x-1)^2 + y^2 = 4$ qua liên tiếp $T_{(2; 3)}$ và $D_{Ox}$.
Xem lời giải
$I(1; 0) \rightarrow (3; 3) \rightarrow (3; -3) \Rightarrow (x-3)^2 + (y+3)^2 = 4$.
🔷 Dạng 3: Chứng minh hai hình bằng nhau
Chỉ ra một phép dời hình (hoặc hợp thành các phép dời hình) biến hình này thành hình kia.
Chứng minh hai đường tròn $(C_1): (x - 1)^2 + (y - 2)^2 = 9$ và $(C_2): (x + 3)^2 + (y - 5)^2 = 9$ bằng nhau.
Xem lời giải
• $(C_1)$ có tâm $I_1(1; 2), R_1 = 3$.
• $(C_2)$ có tâm $I_2(-3; 5), R_2 = 3$.
• Xét phép tịnh tiến theo $\vec{v} = \vec{I_1I_2} = (-4; 3)$. Phép $T_{\vec{v}}$ biến $I_1$ thành $I_2$ và bảo toàn bán kính $R = 3 \Rightarrow T_{\vec{v}}((C_1)) = (C_2)$.
• Vậy hai đường tròn bằng nhau.
Cho hai tam giác $\triangle ABC$ và $\triangle A'B'C'$ có $AB = A'B', AC = A'C', BC = B'C'$. Chứng minh có một phép dời hình biến $\triangle ABC$ thành $\triangle A'B'C'$.
Xem lời giải
Theo định lí cơ bản của phép dời hình, hai tam giác bằng nhau theo trường hợp (c-c-c) thì luôn tồn tại duy nhất một phép dời hình biến tam giác này thành tam giác kia.
📝 Thực hành — Dạng 3
Chứng minh hai đoạn thẳng $AB$ và $A'B'$ có $AB = A'B'$ luôn bằng nhau.
Xem lời giải
Sử dụng kết hợp phép tịnh tiến biến $A \to A'$ rồi phép quay tâm $A'$ góc $\theta$ biến $B \to B'$.
Hai hình vuông có cùng độ dài cạnh có bằng nhau không?
Xem lời giải
Có, luôn tồn tại phép dời hình biến hình vuông này thành hình vuông kia.
🔷 Dạng 4: Bài toán dựng hình & Tìm tập hợp điểm
Sử dụng tính chất $M' = F(M)$. Nếu $M$ di động trên hình $(H)$ thì $M'$ di động trên hình $(H') = F((H))$.
Cho điểm $A$ cố định và đường tròn $(C)$ cố định. Điểm $M$ di động trên $(C)$. Tìm tập hợp các điểm $N$ sao cho $\triangle AMN$ là tam giác đều (theo chiều kim đồng hồ).
Xem lời giải
• Do $\triangle AMN$ đều nên phép quay $Q_{(A, -60^\circ)}$ biến điểm $M$ thành điểm $N$.
• Vì $M \in (C)$ nên $N \in (C')$ là ảnh của đường tròn $(C)$ qua phép quay $Q_{(A, -60^\circ)}$.
• Vậy tập hợp điểm $N$ là đường tròn $(C')$.
Tương tự Ví dụ 1, nếu $\vec{MN} = \vec{v}$ cố định thì tập hợp điểm $N$ là hình gì?
Xem lời giải
$N = T_{\vec{v}}(M) \Rightarrow N$ thuộc đường tròn $(C')$ là ảnh của $(C)$ qua $T_{\vec{v}}$.
📝 Thực hành — Dạng 4
Cho $A, B$ cố định và $M$ di động trên đường thẳng $d$. Tìm tập hợp điểm $C$ sao cho $ABC$ là tam giác vuông cân tại $A$.
Xem lời giải
Đường thẳng $d'$ là ảnh của $d$ qua phép quay $Q_{(A, 90^\circ)}$ hoặc $Q_{(A, -90^\circ)}$.
Diện tích tam giác có bị thay đổi qua phép dời hình không?
Xem lời giải
Không, diện tích tam giác giữ nguyên vì tam giác ảnh bằng tam giác ban đầu.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Định nghĩa phép dời hình.
Xem lời giải
Bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì.
Bài 2. Nêu 4 phép dời hình cơ bản đã học.
Xem lời giải
Phép đồng nhất, phép tịnh tiến, phép đối xứng trục, phép quay (gồm cả đối xứng tâm).
Bài 3. Hai hình như thế nào thì được gọi là bằng nhau?
Xem lời giải
Có một phép dời hình biến hình này thành hình kia.
Bài 4. Phép dời hình có biến góc thành góc bằng nó không?
Xem lời giải
Có, bảo toàn độ lớn góc.
Bài 5. Tìm ảnh của $A(1; 3)$ qua hợp thành của $T_{(2; -1)}$ và $D_{Ox}$.
Xem lời giải
$A'(3; 2) \Rightarrow A''(3; -2)$.
Bài 6. Tìm ảnh của $d: 2x - y + 1 = 0$ qua $F(x; y) = (x + 3; y - 2)$.
Xem lời giải
$2(x-3) - (y+2) + 1 = 0 \Leftrightarrow 2x - y - 7 = 0$.
Bài 7. Chứng minh hợp thành của 2 phép tịnh tiến là 1 phép tịnh tiến.
Xem lời giải
$T_{\vec{u}} \circ T_{\vec{v}} = T_{\vec{u} + \vec{v}}$.
Bài 8. Chứng minh hai đường tròn có cùng bán kính luôn bằng nhau.
Xem lời giải
Phép tịnh tiến $T_{\vec{I_1I_2}}$ biến $(C_1)$ thành $(C_2)$.
Bài 9. Phép vị tự tỉ số $k = -1$ có phải là phép dời hình không?
Xem lời giải
Có, vì $|k| = 1$ (chính là phép đối xứng tâm).
Bài 10. Chu vi tam giác có thay đổi qua phép dời hình không?
Xem lời giải
Không, bảo toàn chu vi và diện tích.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Phép dời hình. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Phép dời hình
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →