Разместить заказ
Вы будете перенаправлены на Автор24

Осевая симметрия

8-800-775-03-30 support@author24.ru
Статья предоставлена специалистами сервиса Автор24
Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.
как работает сервис
Осевая симметрия

В данной статье мы будем рассматривать понятие осевой симметрии в трехмерном пространстве. Случай осевой симметрии на плоскость был рассмотрен нами в другой статье.

Понятие движения

Перед тем, как ввести понятие движения в пространстве, надо ввести определение отображения пространства на себя.

Определение 1

Отображением пространства на себя будем называть такое соответствие любой точке данного пространства какой-либо точке этого же пространства, в котором участвуют все точки из этого пространства.

Введем теперь, непосредственно, определение движения.

Определение 2

Движением пространства будем называть отображением пространства на себя, которое сохраняется расстояния между соответствующими точками.

Пример – рисунок 1.

Введем теперь несколько теорем, связанных с понятием движения без доказательства.

Теорема 1

При движении отрезок будет отображаться на ему же равный отрезок.

Теорема 2

При движении треугольник будет отображаться на равный ему же треугольник.

Теорема 3

При движении пирамида будет отображаться на равную ей пирамиду.

Осевая симметрия

Перед тем, как определить понятие осевой симметрии, введем понятие симметричности точки относительно какой-либо оси.

Определение 3

Точки $X$ и $X_1$ будем называть симметричными относительно какой-либо оси $a$, если прямая $(XX_1)$ будет перпендикулярна оси $a$ и при этом ось $a$ будет делить отрезок $[XX_1]$ пополам (рис. 2).

Определение 4

Осевой симметрией фигуры относительно оси будем называть отображение, при котором получается фигура, составленная из точек, симметричных относительно этой оси каждой точке начальной фигуры.

Введем следующую теорему:

Теорема 4

Осевая симметрия – движение.

Доказательство.

Пусть нам даны две точки $Z$ и $Z'$ – симметричные относительно оси $l$. Построит систему координат $O_{xyz}$, где ось $Oz$ – это прямая $l$. Пусть точка $Z$ в этой системе координат имеет координаты $(α,β,γ)$, а точка $Z'$ имеет координаты $(α',β',γ')$. Так как эти точки симметричны относительно оси $Oz$, то эта ось будет делить отрезок $[ZZ']$ пополам, то есть

$\frac{α+α'}{2}=0$, $\frac{β+β'}{2}=0$

следовательно

$α=-α'$, $β=-β'$

Так как ось $Oz$ совпадает с нашей осью симметрии, то $γ=γ'$.

Возьмем две произвольные точки $X$ и $Y$ с координатами $(α_1,β_1,γ_1)$ и $(α_2,β_2,γ_2)$, соответственно. Расстояние между ними равно

$d=\sqrt{(α_1-α_2)^2+(β_1-β_2)^2+(γ_1-γ_2)^2 }$

По формулам выше, получим, что симметричные им точки $X'$ и $Y'$ имеют координаты $(-α_1,-β_1,γ_1)$ и $(-α_2,-β_2,γ_2)$, соответственно. Расстояние между ними равно

$d'=\sqrt{(-α_1+α_2 )^2+(-β_1+β_2 )^2+(γ_1-γ_2 )^2}=\sqrt{(α_1-α_2)^2+(β_1-β_2)^2+(γ_1-γ_2)^2}=d$

То есть осевая симметрия сохраняет расстояния, что и доказывает нашу теорему.

С понятием осевой симметрии также связано понятие симметричной фигуры:

Определение 5

Фигуру будем называть симметричной относительно какой-то своей оси, если при такой осевой симметрии фигура перейдет в себя (рис. 3).

Пример задачи

Пример 1

Постройте осевую симметрию тетраэдра, относительно оси $l$, изображенных на рисунке 4.

Решение.

Для построения такой осевой симметрии сначала проведем через все точки тетраэдра прямые, каждая из которых будет перпендикулярна к оси $l$ (рис. 5).

Далее, для построения будем использовать определение 3. Точка $A$ перейдет в такую точку $A'$, которая будет принадлежать прямой $a$. Точка $B$ перейдет в такую точку $B'$, которая будет принадлежать прямой $b$. Точка $C$ перейдет в такую точку $C'$, которая будет принадлежать прямой $c$. Аналогично, и точка $D$ перейдет в такую точку $D'$, которая будет принадлежать прямой $k$. Причем, при этом первоначальная ось $l$ делит отрезки $[AA']$, $[BB']$, $[CC']$, $[DD']$ пополам.

Таким образом, осевая симметрия этого тетраэдра изображена на рисунке 6.