Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

f (A B)=f(A) f(B).

Определение. При любом преобразовании пересечение множеств отображается на пересечение образов этих множеств

f (A B)=f(A) f(B).

2. 1.3 Группа преобразований множества. Подгруппа группы преобразований

В геометрии приходится производить не одно, а несколько преобразований, следующих друг за другом. Случай, когда рассматривается совокупность преобразований, обладающая тем свойством, что каждую конечную последовательность преобразований этой совокупности можно заменить одним преобразованием той же совокупности, и преобразование, обратное любому из рассматриваемых преобразований, снова принадлежит данной совокупности. Это называется - группа преобразований. Рассмотрение группы преобразований позволяет выделить ряд геометрических свойств. Знание свойств, не меняющихся при преобразованиях той или иной группы, часто позволяет упростить решение конкретных геометрических задач.

Определение. Преобразованием фигуры называется любое биективное отображение фигуры на себя.

Теорема (о группе преобразований). Множество W всех преобразований фигуры есть группа.

Следствие. Множество всех преобразований плоскости является группой преобразований относительно композиции преобразований.

Определение. Подгруппой V группы W называется подмножество V множества W, являющееся группой относительно бинарной операции, определенной в W.

Теорема (о подгруппе). Для того чтобы подмножество V группы W было подгруппой, необходимо и достаточно, чтобы выполнялись два условия:

1. Если W, W, то V.

2. Если V, то V

2. 1.4 Преобразование подобия плоскости. Гомотетия плоскости

Определение. Пусть имеются две прямоугольные декартовые системы координат Oij и O^/i^/j^/, при этом |i^/|=|j^/|=k|i|=k|j|=k (k>0). Тогда преобразование плоскости, которое каждой точки М с координатами (x, y) относительно O^/i^/j^/ ставит в соответствии точку М' с теми же координатами (x, y), но относительно Oij, называется преобразованием подобия плоскости с коэффициентом подобия k.

Из определения следует, что тождественное преобразование и движение являются преобразованиями подобия.

Основное свойство преобразования подобия.

Преобразование подобия плоскости изменяет расстояние между любыми двумя точками плоскости в одном и том же отношении, равном коэффициенту подобия k, т. е. для любых точек М, N и их образов М', N' выполняется равенство |M^/N^/|=k .

Доказательство. Пусть относительно Oij точки М и N имеют координаты: М(x₁, y₁), N(x₂, y₂). Тогда =

Образы М' и N' точек М, N имеют соответственно те же координаты (x₁, y₁), (x₂, y₂) относительно системы координат O^/i^/j^/. Найдём:

= = = = = = , так как и .

Свойства преобразования подобия.

Преобразование подобия плоскости всякую прямую отображает в прямую.

Преобразование подобия плоскости отображает полуплоскость с границей в полуплоскость с границей где .

Преобразование подобия плоскости сохраняет простое отношение трёх точек прямой.

Преобразование подобия плоскости сохраняет отношение “лежать между”.

Преобразование подобия плоскости отображает угол в равный ему угол.

Преобразование подобия плоскости отображает отрезок в отрезок, луч в луч.

Преобразование подобия плоскости отображает параллельные прямые в параллельные прямые.

Следствие. Преобразование подобия плоскости отображает параллелограмм в параллелограмм.

Преобразование подобия плоскости отображает вектор в вектор, сумму векторов в сумму векторов и произведение числа на вектор в произведение того же числа на соответствующий вектор.

Теорема. Если преобразование подобия f с коэффициентом подобия k задано двумя системами координат Oij и O^/i^/j^/, при этом и O^/(x₀,y₀), то координаты любой точки M(x,y)_Oij и её образа M^/(x^/,y^/)_O^/_i^/_j^/ связаны соотношениями:

где (1)

Доказательство опирается на определение преобразования подобия, на формулы, связывающие координаты одной и той же точки относительно двух прямоугольных декартовых систем координат, на разложение вектора по базисам.

Замечание. При системы координат Oij и O^/i^/j^/ одинаково ориентированы, а при противоположено ориентированы.

Определение. Преобразование подобия плоскости, определяемое формулами (1) называется преобразованием подобия первого рода при и преобразованием подобия второго рода при .

Из основного свойства преобразования подобия и верного утверждения, обратного ему (если преобразование плоскости изменяет расстояние между точками в одном и том же отношении, равном k>0, то оно является преобразованием подобия с коэффициентом подобия k), следует другое определение преобразования подобия. Определение. Преобразованием подобия плоскости с коэффициентом подобия k>0 называется преобразование плоскости, изменяющее расстояние между любыми точками в одном и том же отношении, равном k.

Гомотетия плоскости.

Определение. Гомотетией плоскости с центром гомотетии О и коэффициентом гомотетии называется преобразованием плоскости, которое всякой точке М плоскости ставит в соответствии точку М^/ по закону

.

Обозначение. - гомотетия плоскости с центром гомотетии О и коэффициентом гомотетии k.

Определение. Гомотетичными называются фигуры и = .

1. Гомотетичные точки М и М^/ лежат на одной прямой с центром гомотетии О.

2. Точки М и М^/ лежат по одну сторону от центра О, если k>0, и – по разные стороны, если k<0.

3. М^/N^/= |k|MN.

4. Гомотетия плоскости является при:

k=1-тождественным преобразованием;

k=-1-центральной симметрией.

Формулы гомотетии с центром в начале координат:

,

Если центр гомотетии имеет координаты S(x₀, y₀), то формулы гомотетии с центром S имеют вид:

,

Если введем обозначения , то получим формулы

,

Основное свойство гомотетии.

Для любых точек М, N и их образов , имеет место равенство:

.

Доказательство. Воспользуемся равенствами:

, , , и найдём

.

Следствия.

1. Гомотетия с коэффициентом является преобразованием подобия с коэффициентом подобия , так как из основного свойства следует или .

2. , если k>0, и , если k<0.

3. Гомотетия плоскости обладает всеми свойствами преобразования подобия, в частности: прямую отображает в прямую, параллельные прямые - в параллельные прямые, Изменяет все расстояния в одном и том же отношении, сохраняет углы.

Характерные свойства гомотетии.

Гомотетия плоскости имеет одну неподвижную точку – центр гомотетии.

Гомотетия плоскости отображает прямую, проходящую через центр гомотетии, в себя.

Гомотетия плоскости ( ) отображает прямую, в параллельную ей прямую, так не проходящую через центр гомотетии.

Гомотетия плоскости отображает окружность, центр которой совпадает с центром гомотетии, в концентрическую окружность. При этом радиусы окружностей связаны соотношением .

Всякие две неравные окружности гомотетичны друг другу, при этом, если окружности не являются концентрическими, существуют две гомотетии, отображающие одну из них в другую.

Гомотетия плоскости является преобразованием подобия первого рода.

Теорема. Всякое преобразование подобия с коэффициентом подобия k можно представить как композицию гомотетии и движения.

2. 1.5 Группа преобразований подобия и её подгруппы

Теорема 1. Множество всех преобразований подобия плоскости есть группа преобразований, называемая группой подобий.

Доказательство.

Если и - преобразования подобия с коэффициентами и , то - преобразования подобия с коэффициентом . Действительно является преобразованием плоскости. Докажем, что для любых двух точек M и N и их образов , Выполняется равенство . Обозначим и , тогда , . По основному свойству преобразования подобия , . Поэтому и композиция является преобразованием подобия.

Пусть – преобразование подобия плоскости. Так как изменяет всё расстояние в отношение , то обратное к нему преобразование изменяет все расстояния в отношении .

Следовательно, - преобразование подобия с коэффициентом .

Оба условия и выполняются. Следовательно, множество всех преобразований подобия является подгруппой группы всех преобразований плоскости, а, значит, и группой.

Определение. Множество всех подобных между собой фигур называется формой.

Теорема 3. Подгруппами группы подобий плоскости являются:

1. Группа преобразований подобия первого рода;

2. Группа движений и все её подгруппы;

3. Группа гомотетий и параллельных переносов;

4. Группа гомотетий с одним и тем же центром.

2. 1.6 Метод подобия

Метод подобия оказывается удобным при доказательстве теорем или при решении задач. Этим методом решаются задачи, в которых заданы углы, отношения отрезков и лишь только одно данное условие связано с линейными размерами искомой фигуры. Фигуры, удовлетворяющей всем условиям задачи, кроме того, которое связано с размерами искомой фигуры, подобны между собой. Построив одну из них, а затем, подобрав соответствующим образом, коэффициент подобия, построим искомую фигуру.

Теорема. Медианы треугольника пересекаются в одной точке, каждая медиана делиться этой точкой в отношении 2:1 (считая от вершины треугольника).

Задача. Построить треугольник АВС, если даны: , отношение сторон АВ:ВС =m:n (m, n-данные отрезки) и медиана к стороне АС.[21]

Глава 2. Методика изучения темы «Подобные треугольники» в школьном курсе геометрии

2. §1.Сравнительный анализ темы «Подобные треугольники» в различных учебниках по геометрии

В данной главе предлагается сравнительный анализ темы по следующим учебникам:

1. Атанасян Л.С. Геометрия 7-9;

2. Погорелов А.В. Геометрия 7-11;

3. Александров А.Д. Геометрия 7-9;

4. Бевз Г.П. Геометрия 7-11;

5. Шарыгин И.Ф. Геометрия 7-9.

Рассматриваемые учебные пособия, такие как Атанасяна Л.С. Погорелова А.В. чаще всего используются в школе, учебник Александрова А.Д. интересен тем, что используется в классах с углубленным изучением математики, учебник Шарыгина И.Ф. –это новый учебник, который ставиться в противовес учебнику Бевза Г.П. немного устаревшему и практически не применяющемуся на практике.

Материал структурируется по следующему плану, в который включаются основные вопросы анализа:

1. Понятие преобразование подобия и его свойства;

2. Гомотетия и её свойства;

3. Определение подобных фигур, свойства подобных фигур;

4. Определение подобных треугольников;

5. Признаки подобия треугольников;

6. Метод подобия;

7. Система задач по данной теме;

Понятие преобразование подобия и его свойства.

В рассмотренных учебниках понятие преобразование подобия и его свойства чаще всего не изучается, только в учебниках Атанасяна Л.С., тема, изучается индуктивно и рассмотрению подобных треугольников не предшествует. Данные понятия прилагаются в рамках других тем изучаемых позже.

Например, в учебнике Александрова А.Д. предлагаются следующие определения преобразования подобия: «Подобием называется преобразование, при котором расстояния изменяются в одном и том же отношении, т.е. умножается на одно и тоже число, называемое коэффициентом подобия», «Подобием фигуры с коэффициентом k>0 называется такое её преобразование, при котором любым двум точкам X и Y фигуры сопоставляются такие точки X΄ и Y΄, что X΄Y΄=k*XY». Рассмотренные определения вместе составляют аналогичное определение в учебнике Погорелова «Преобразование фигуры F в фигуру F΄, называется преобразованием подобия, если при этом преобразовании расстояние между точками изменяется в одно и тоже число раз. Произвольные точки X и Y фигуры F при отображении подобия переходят в точки X΄ ,Y΄ фигуры F΄, то X΄Y΄=k*XY, причём число k одно и тоже для всех точек X и Y, число k называется коэффициентом подобия».

В учебных пособиях рассмотренных выше определения преобразования подобия не выделяются и не привлекают внимание учащихся.

Совершенно иначе вводится определение преобразования подобия в учебном пособии Бевза Г.П., «Геометрическое преобразование, отображающее фигуру на подобную ей фигуру», автор опирается на определение подобных фигур. Совершенно разные свойства преобразования подобия выделяет каждый автор, только два свойства общее для всех «Подобие сохраняет величину угла и отрезок переводит в отрезок».

В учебнике Александрова А.Д. дополнительно приводятся:

1⁰ Подобие переводит треугольник в треугольник. Соответственные стороны этих треугольников пропорциональны, а соответственные углы равны

2⁰ В результате подобия с коэффициентом k площадь многоугольной фигуры умножается на k²

В учебном пособии Погорелова свойства рассмотрены в виде утверждения: «Преобразование подобия сохраняет простое отношение трёх точек; переводит прямые в прямые; полупрямые в полупрямые».

Гомотетия и её свойства.

При введении понятия гомотетии и её свойства так же существуют различия.

Гомотетия в учебнике Александрова А.Д. определяется с использованием вектора: «гомотетия с центром О и коэффициентом k (отличным от нуля) – это преобразование, при котором каждой точке X сопоставляется такая точка X΄, что =k ».

Понятие гомотетии вводиться конструктивно в учебнике Погорелова: «Пусть F-данная фигура и O-фиксированная точка. Проведём через произвольную точку X фигуры F луч OX и отложим на нём отрезок OX΄, равный , где k - положительное число. Преобразование фигуры F, при котором каждая её точка X переходит в X΄, построенную указанным способом, называется гомотетией относительно центра О. Число k называется коэффициентом гомотетии, фигуры F и F΄ называются гомотетичными».

Аналогично вводиться гомотетия в учебнике Бевза Г.П.

Такие общие свойства гомотетии как:

1⁰ Гомотетия сохраняет величину угла.

2⁰ Гомотетия отрезок переводит в отрезок

рассматриваются в учебных пособиях Александрова А.Д., Бевза Г.П., Атанасяна Л.С., но есть и дополнительные, например автор Александров А.Д., дополняет рассмотренные выше свойства следующими:

3⁰ Основное свойство гомотетии: при гомотетии с коэффициентом k каждый вектор умножается на k.

4⁰ Гомотетия треугольник переводит в треугольник, стороны этих треугольников пропорциональны, а соответственные углы равны.

Автор Бевз Г.П. дополняет следующие свойства, которые явно не выделяются в учебнике:

3⁰ При гомотетии прямая переходит в прямую, луч в луч.

4⁰ Гомотетия изменяет размер фигуры, не изменяет её формы.

Характеристики

Список файлов ВКР