高中數(shù)學中的“對稱圖形”題型及解法淺探
2014-06-30 23:13:35姜瑜
考試周刊 2014年35期
姜瑜
“對稱性”是數(shù)學美的一種體現(xiàn)，也是歷年高考題中的常見題型，理解和掌握“對稱圖形”的基本規(guī)律和解題方法是十分必要的.
一、本身具有對稱性的圖形
如“三角函數(shù)的圖像，圓錐曲線”等，此類問題可直接應用對稱軸方程加以解決.
例1：如果y=sin2x+acos2x的圖像關于直線x=- 對稱，那么A=（ ）
A. B.- C.1 D.-1
解：∵y=sin2x+cos2x= sin（2x+φ），其中tanφ=a
∴2x+φ=kπ+ ？圯x= + - =-
∴φ=kπ+ 即：a=tan（kπ+ ）=-1，故選D.
例2：曲線x +y +2 -2 =0關于（ ）
A.直線x= 對稱 B.直線y=-x對稱
C.點（-2， ）中心對稱 D.點（ ，0）對稱
解：將方程配方得：（x+ ） +（y- ） =4，
∴曲線是以（-2， ）為圓心，2為半徑的圓.由圓自身的對稱性可知應選B.
評析：1.對于y=sinx直接應用對稱軸方程x=kπ+ （k∈Z）求解，方法簡明扼要.
2.對于圓，過圓心的任意直線都是對稱軸，圓心是對稱中心.
3.關于y=f（x）其圖像存在對稱性，有一般的結論：f（x+a）=f（b-x）恒成立？圳y=f（x）的圖像關于x= 對稱.
二、兩個圖形關于點對稱
兩個圖形關于點對稱的此類問題可借中點公式極易解決.
例3：設曲線C的方程是y=x -x將C沿x軸、y軸的正方向分別平行移動T、S個單位長度后，得曲線C ，
（1）寫出C 的方程；
（2）證明C 和C關于點（ ， ）對稱.
解析：（1）由題意：C ：y-S=（x-T） -（x-T）.
（2）設M（x，y）是C上的任意點，M′（x′，y′）是M關于（ ， ）的對稱點，
由中點公式：x=T-x′，y=x-y′，代入C得：y′-S=（x′-T） -（x-T）
∴M在曲線C 上.
反過來，同樣可以證明：C 上的任意點關于（ ， ）對稱的點也在C上.
因此，C 與C關于點（ ， ）對稱.
評析：關于成中心對稱的兩個圖形，上例實質是求中心對稱和證明中心對稱的一般方法.
一般地，f（x，y）=0關于Q（a，b）成中心對稱的曲線的求法：設M（x，y）是所求曲線上任意點，M關于Q對稱的點是（2a-x，2b-y），所以，所求曲線為f（2a-x，2b-y）=0.
三、關于直線對稱的圖形
此類問題都主要借助中點公式，斜率公式，通過聯(lián)解方程求對稱點的坐標，即可解決.
例4：橢圓C與橢圓 + =1，關于直線x+y=0對稱，橢圓C的方程是（ ）
A. + =1 B. + =1
C. + =1 D. + =1
解：設P（x，y）是C上任意點，P關于x+y=0對稱的點P′（x′，y′），
∴由中點公式和斜率公式知：
+ =0（1）
=1（2）
聯(lián)解（1）（2）得：x′=-y，y=-x代入已知橢圓得： + =1，故選A.
例5：如圖，已知直線L過坐標原點，拋物線C的頂點在原點，焦點在x軸的正半軸上.若點A（-1，0）和B（0，8）關于L對稱的點都在C上，求直線L和拋物線C的方程.
解析：設L：y=kx，C：y =2px（p>0）.
A關于L對稱的點為A′（a，b），
∴a= ，b= ，
同理B關于L對稱的點B′（ ， ）
∵A′和B′都在C上，分別代入C的方程得：
（ ） =2p（ ）（1）
[ ] =2p（ ）（2）
聯(lián)解（1）（2）知：k = ，k = .
當k= 時，a= <0不符合題意.
∴k= ，此時，p= ，
∴L：y= x；C：y = x.
評析：上兩例都是圖形關于直線對稱問題，其本質是首先轉化為點關于直線對稱.對于點P（a，b）關于直線L：Ax+By+C=0對稱的點P′（a，b）有一般的結論：
∵PP′的中點在L上：A +B +C=0（1）
又∵KPP′：K =-1，∴ = （A≠0，B≠0）（2）
聯(lián)解（1）（2）得
a=-
b=-
對于A=0或B=0，情況更簡單，不再贅述.endprint
“對稱性”是數(shù)學美的一種體現(xiàn)，也是歷年高考題中的常見題型，理解和掌握“對稱圖形”的基本規(guī)律和解題方法是十分必要的.
一、本身具有對稱性的圖形
如“三角函數(shù)的圖像，圓錐曲線”等，此類問題可直接應用對稱軸方程加以解決.
例1：如果y=sin2x+acos2x的圖像關于直線x=- 對稱，那么A=（ ）
A. B.- C.1 D.-1
解：∵y=sin2x+cos2x= sin（2x+φ），其中tanφ=a
∴2x+φ=kπ+ ？圯x= + - =-
∴φ=kπ+ 即：a=tan（kπ+ ）=-1，故選D.
例2：曲線x +y +2 -2 =0關于（ ）
A.直線x= 對稱 B.直線y=-x對稱
C.點（-2， ）中心對稱 D.點（ ，0）對稱
解：將方程配方得：（x+ ） +（y- ） =4，
∴曲線是以（-2， ）為圓心，2為半徑的圓.由圓自身的對稱性可知應選B.
評析：1.對于y=sinx直接應用對稱軸方程x=kπ+ （k∈Z）求解，方法簡明扼要.
2.對于圓，過圓心的任意直線都是對稱軸，圓心是對稱中心.
3.關于y=f（x）其圖像存在對稱性，有一般的結論：f（x+a）=f（b-x）恒成立？圳y=f（x）的圖像關于x= 對稱.
二、兩個圖形關于點對稱
兩個圖形關于點對稱的此類問題可借中點公式極易解決.
例3：設曲線C的方程是y=x -x將C沿x軸、y軸的正方向分別平行移動T、S個單位長度后，得曲線C ，
（1）寫出C 的方程；
（2）證明C 和C關于點（ ， ）對稱.
解析：（1）由題意：C ：y-S=（x-T） -（x-T）.
（2）設M（x，y）是C上的任意點，M′（x′，y′）是M關于（ ， ）的對稱點，
由中點公式：x=T-x′，y=x-y′，代入C得：y′-S=（x′-T） -（x-T）
∴M在曲線C 上.
反過來，同樣可以證明：C 上的任意點關于（ ， ）對稱的點也在C上.
因此，C 與C關于點（ ， ）對稱.
評析：關于成中心對稱的兩個圖形，上例實質是求中心對稱和證明中心對稱的一般方法.
一般地，f（x，y）=0關于Q（a，b）成中心對稱的曲線的求法：設M（x，y）是所求曲線上任意點，M關于Q對稱的點是（2a-x，2b-y），所以，所求曲線為f（2a-x，2b-y）=0.
三、關于直線對稱的圖形
此類問題都主要借助中點公式，斜率公式，通過聯(lián)解方程求對稱點的坐標，即可解決.
例4：橢圓C與橢圓 + =1，關于直線x+y=0對稱，橢圓C的方程是（ ）
A. + =1 B. + =1
C. + =1 D. + =1
解：設P（x，y）是C上任意點，P關于x+y=0對稱的點P′（x′，y′），
∴由中點公式和斜率公式知：
+ =0（1）
=1（2）
聯(lián)解（1）（2）得：x′=-y，y=-x代入已知橢圓得： + =1，故選A.
例5：如圖，已知直線L過坐標原點，拋物線C的頂點在原點，焦點在x軸的正半軸上.若點A（-1，0）和B（0，8）關于L對稱的點都在C上，求直線L和拋物線C的方程.
解析：設L：y=kx，C：y =2px（p>0）.
A關于L對稱的點為A′（a，b），
∴a= ，b= ，
同理B關于L對稱的點B′（ ， ）
∵A′和B′都在C上，分別代入C的方程得：
（ ） =2p（ ）（1）
[ ] =2p（ ）（2）
聯(lián)解（1）（2）知：k = ，k = .
當k= 時，a= <0不符合題意.
∴k= ，此時，p= ，
∴L：y= x；C：y = x.
評析：上兩例都是圖形關于直線對稱問題，其本質是首先轉化為點關于直線對稱.對于點P（a，b）關于直線L：Ax+By+C=0對稱的點P′（a，b）有一般的結論：
∵PP′的中點在L上：A +B +C=0（1）
又∵KPP′：K =-1，∴ = （A≠0，B≠0）（2）
聯(lián)解（1）（2）得
a=-
b=-
對于A=0或B=0，情況更簡單，不再贅述.endprint
“對稱性”是數(shù)學美的一種體現(xiàn)，也是歷年高考題中的常見題型，理解和掌握“對稱圖形”的基本規(guī)律和解題方法是十分必要的.
一、本身具有對稱性的圖形
如“三角函數(shù)的圖像，圓錐曲線”等，此類問題可直接應用對稱軸方程加以解決.
例1：如果y=sin2x+acos2x的圖像關于直線x=- 對稱，那么A=（ ）
A. B.- C.1 D.-1
解：∵y=sin2x+cos2x= sin（2x+φ），其中tanφ=a
∴2x+φ=kπ+ ？圯x= + - =-
∴φ=kπ+ 即：a=tan（kπ+ ）=-1，故選D.
例2：曲線x +y +2 -2 =0關于（ ）
A.直線x= 對稱 B.直線y=-x對稱
C.點（-2， ）中心對稱 D.點（ ，0）對稱
解：將方程配方得：（x+ ） +（y- ） =4，
∴曲線是以（-2， ）為圓心，2為半徑的圓.由圓自身的對稱性可知應選B.
評析：1.對于y=sinx直接應用對稱軸方程x=kπ+ （k∈Z）求解，方法簡明扼要.
2.對于圓，過圓心的任意直線都是對稱軸，圓心是對稱中心.
3.關于y=f（x）其圖像存在對稱性，有一般的結論：f（x+a）=f（b-x）恒成立？圳y=f（x）的圖像關于x= 對稱.
二、兩個圖形關于點對稱
兩個圖形關于點對稱的此類問題可借中點公式極易解決.
例3：設曲線C的方程是y=x -x將C沿x軸、y軸的正方向分別平行移動T、S個單位長度后，得曲線C ，
（1）寫出C 的方程；
（2）證明C 和C關于點（ ， ）對稱.
解析：（1）由題意：C ：y-S=（x-T） -（x-T）.
（2）設M（x，y）是C上的任意點，M′（x′，y′）是M關于（ ， ）的對稱點，
由中點公式：x=T-x′，y=x-y′，代入C得：y′-S=（x′-T） -（x-T）
∴M在曲線C 上.
反過來，同樣可以證明：C 上的任意點關于（ ， ）對稱的點也在C上.
因此，C 與C關于點（ ， ）對稱.
評析：關于成中心對稱的兩個圖形，上例實質是求中心對稱和證明中心對稱的一般方法.
一般地，f（x，y）=0關于Q（a，b）成中心對稱的曲線的求法：設M（x，y）是所求曲線上任意點，M關于Q對稱的點是（2a-x，2b-y），所以，所求曲線為f（2a-x，2b-y）=0.
三、關于直線對稱的圖形
此類問題都主要借助中點公式，斜率公式，通過聯(lián)解方程求對稱點的坐標，即可解決.
例4：橢圓C與橢圓 + =1，關于直線x+y=0對稱，橢圓C的方程是（ ）
A. + =1 B. + =1
C. + =1 D. + =1
解：設P（x，y）是C上任意點，P關于x+y=0對稱的點P′（x′，y′），
∴由中點公式和斜率公式知：
+ =0（1）
=1（2）
聯(lián)解（1）（2）得：x′=-y，y=-x代入已知橢圓得： + =1，故選A.
例5：如圖，已知直線L過坐標原點，拋物線C的頂點在原點，焦點在x軸的正半軸上.若點A（-1，0）和B（0，8）關于L對稱的點都在C上，求直線L和拋物線C的方程.
解析：設L：y=kx，C：y =2px（p>0）.
A關于L對稱的點為A′（a，b），
∴a= ，b= ，
同理B關于L對稱的點B′（ ， ）
∵A′和B′都在C上，分別代入C的方程得：
（ ） =2p（ ）（1）
[ ] =2p（ ）（2）
聯(lián)解（1）（2）知：k = ，k = .
當k= 時，a= <0不符合題意.
∴k= ，此時，p= ，
∴L：y= x；C：y = x.
評析：上兩例都是圖形關于直線對稱問題，其本質是首先轉化為點關于直線對稱.對于點P（a，b）關于直線L：Ax+By+C=0對稱的點P′（a，b）有一般的結論：
∵PP′的中點在L上：A +B +C=0（1）
又∵KPP′：K =-1，∴ = （A≠0，B≠0）（2）
聯(lián)解（1）（2）得
a=-
b=-
對于A=0或B=0，情況更簡單，不再贅述.endprint
