Стереометрия. Тема Движение

Ðåôåðàò ïî ñòåðåîìåòðèè

Ó÷åíèêà 11 “” êëàññà

Àëåêñååíêî Íèêîëàÿ

Òåìà :

Äâèæåíèå.

Ñïàñèáî çà âíèìàíèå !

29.10.1995 ã.

Øêîëà # 1278, êë. 11 “”.

Äâèæåíèÿ. Ïðåîáðàçîâàíèÿ ôèãóð.

Ïðè ñîçäàíèè ðåôåðàòà áûëè èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå êíèãè:

1. “Ãåîìåòðèÿ äëÿ 9-10 êëàññîâ”. À.Ä.Àëåêñàíäðîâ, À.Ë.Âåðíåð, Â.È.Ðûæèê.

2. “Ãåîìåòðèÿ”. Ë.Ñ.Àòàíàñÿí, Â.Ô.Áóòóçîâ, Ñ.Á.Êàäîìöåâ è äð.

3. “Ìàòåìàòèêà”. Â.À.Ãóñåâ, À.Ã.Ìîðäêîâè÷.

Âñå ðèñóíêè íàõîäÿòñÿ íà îòäåëüíîì ëèñòå, ïðèëîæåííîì ê ðåôåðàòó. Ðåøåíèÿ çàäà÷ òàêæå íà îòäåëüíîì ëèñòå. Äîêàçàòåëüñòâà îñíîâíûõ òåîðåì, ñâÿçàííûõ ñ äâèæåíèåì, ÿ òàêæå ïðèâîæó íà îòäåëüíûõ ëèñòêàõ. Â ðåôåðàòå - òîëüêî îïðåäåëåíèÿ è êëàññèôèêàöèÿ.

Äâèæåíèåì â ãåîìåòðèè íàçûâàåòñÿ îòîáðàæåíèå, ñîõðàíÿþùåå ðàññòîÿíèå. Ñëåäóåò ðàçúÿñíèòü, ÷òî ïîäðàçóìåâàåòñÿ ïîä ñëîâîì “îòîáðàæåíèå”.

1. Îòîáðàæåíèÿ, îáðàçû, êîìïîçèöèè îòîáðàæåíèé.

Îòîáðàæåíèåì ìíîæåñòâà M â ìíîæåñòâî N íàçûâàåòñÿ ñîîòâåòñòâèå êàæäîìó ýëåìåíòó èç M åäèíñòâåííîãî ýëåìåíòà èç N.

Ìû áóäåì ðàññìàòðèâàòü òîëüêî îòîáðàæåíèå ôèãóð â ïðîñòðàíñòâå. Íèêàêèå äðóãèå îòîáðàæåíèÿ íå ðàññìàòðèâàþòñÿ, è ïîòîìó ñëîâî “îòîáðàæåíèå” îçíà÷àåò ñîîòâåòñòâèå òî÷êàì òî÷åê.

Î òî÷êå X’, ñîîòâåòñòâóþùåé ïðè äàííîì îòîáðàæåíèè f òî÷êå X, ãîâîðÿò, ÷òî îíà ÿâëÿåòñÿ îáðàçîì òî÷êè X, è ïèøóò X’ = f(X). Ìíîæåñòâî òî÷åê X’, ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷êàì ôèãóðû M, ïðè îòîáðàæåíèè f íàçûâàåòñÿ îáðàçîì ôèãóðû M è îáîçíà÷àåòñÿ M’ = f(M).

Åñëè îáðàçîì M ÿâëÿåòñÿ âñÿ ôèãóðà N, ò.å. f(M) = N, òî ãîâîðÿò îá îòîáðàæåíèè ôèãóðû M íà ôèãóðó N.

Îòîáðàæåíèå íàçûâàåòñÿ âçàèìíî îäíîçíà÷íûì, åñëè ïðè ýòîì îòîáðàæåíèè îáðàçû êàæäûõ äâóõ ðàçëè÷íûõ òî÷åê ðàçëè÷íû.

Ïóñòü ó íàñ åñòü âçàèìíî îäíîçíà÷íîå îòîáðàæåíèå f ìíîæåñòâà M íà N. Òîãäà êàæäàÿ òî÷êà X’ ìíîæåñòâà N ÿâëÿåòñÿ îáðàçîì òîëüêî îäíîé (åäèíñòâåííîé) òî÷êè X ìíîæåñòâà M. Ïîýòîìó êàæäîé òî÷êå X’ Ì N ìîæíî ïîñòàâèòü â ñîîòâåòñòâèå òó åäèíñòâåííóþ òî÷êó X Ì M, îáðàçîì êîòîðîé ïðè îòîáðàæåíèè f ÿâëÿåòñÿ òî÷êà X’. Òåì ñàìûì ìû îïðåäåëèì îòîáðàæåíèå ìíîæåñòâà N íà ìíîæåñòâî M, îíî íàçûâàåòñÿ îáðàòíûì äëÿ îòîáðàæåíèÿ f è îáîçíà÷àåòñÿ f. Åñëè îòîáðàæåíèå f èìååò îáðàòíîå, òî îíî íàçûâàåòñÿ îáðàòèìûì.

Íåïîäâèæíîé òî÷êîé îòîáðàæåíèÿ j íàçûâàåòñÿ òàêàÿ òî÷êà A, ÷òî

j(A) = A.

Èç äàííûõ îïðåäåëåíèé íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò, ÷òî åñëè îòîáðàæåíèå f îáðàòèìî, òî îáðàòíîå åìó îòîáðàæåíèå f òàêæå îáðàòèìî è (f ) = f. Ïîýòîìó îòîáðàæåíèÿ f è f íàçûâàþòñÿ òàêæå âçàèìíî îáðàòíûìè.

Ïóñòü çàäàíû äâà îòîáðàæåíèÿ: îòîáðàæåíèå f ìíîæåñòâà M â ìíîæåñòâî N è îòîáðàæåíèå g ìíîæåñòâà N â ìíîæåñòâî P. Åñëè ïðè îòîáðàæåíèè f òî÷êà

X Ì N ïåðåøëà â òî÷êó X’ = f(X) Ì N, à çàòåì X’ ïðè îòîáðàæåíèè g ïåðåøëà â òî÷êó X’’ Ì P, òî òåì ñàìûì â ðåçóëüòàòå X ïåðåøëà â X’’ (ðèñ.1).

 ðåçóëüòàòå ïîëó÷àåòñÿ íåêîòîðîå îòîáðàæåíèå h ìíîæåñòâà M â ìíîæåñòâî P. Îòîáðàæåíèå h íàçûâàåòñÿ êîìïîçèöèåé îòîáðàæåíèÿ f ñ ïîñëåäóþùèì îòîáðàæåíèåì g.

Åñëè äàííîå îòîáðàæåíèå f îáðàòèìî, òî, ïðèìåíÿÿ åãî, à ïîòîì îáðàòíîå åìó îòîáðàæåíèå f , âåðíåì, î÷åâèäíî, âñå òî÷êè â èñõîäíîå ïîëîæåíèå, ò.å. ïîëó÷èì òîæäåñòâåííîå îòîáðàæåíèå, òàêîå, êîòîðîå êàæäîé òî÷êå ñîïîñòàâëÿåò ýòó æå òî÷êó.

2. Îïðåäåëåíèå äâèæåíèÿ.

Äâèæåíèåì (èëè ïåðåìåùåíèåì) ôèãóðû íàçûâàåòñÿ òàêîå åå îòîáðàæåíèå, ïðè êîòîðîì êàæäûì äâóì åå òî÷êàì A è B ñîîòâåòñòâóþò òàêèå òî÷êè A’ è B’, ÷òî |A’B’| = |AB|. (ðèñ.2).

Òîæäåñòâåííîå îòîáðàæåíèå ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ äâèæåíèÿ.

Ôèãóðà F’ íàçûâàåòñÿ ðàâíîé ôèãóðå F, åñëè îíà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà èç F äâèæåíèåì.

3. Îáùèå ñâîéñòâà äâèæåíèÿ.

Ñâîéñòâî 1 (ñîõðàíåíèå ïðÿìîëèíåéíîñòè).

Ïðè äâèæåíèè òðè òî÷êè, ëåæàùèå íà ïðÿìîé, ïåðåõîäÿò â òðè òî÷êè, ëåæàùèå íà ïðÿìîé, ïðè÷åì òî÷êà, ëåæàùàÿ ìåæäó äâóìÿ äðóãèìè, ïåðåõîäèò â òî÷êó, ëåæàùóþ ìåæäó îáðàçàìè äâóõ äðóãèõ òî÷åê (ñîõðàíÿåòñÿ ïîðÿäîê èõ âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ).

Äîêàçàòåëüñòâî. Èç ïëàíèìåòðèè èçâåñòíî, ÷òî òðè òî÷êè A, B, C ëåæàò íà ïðÿìîé òîãäà è òîëüêî òîãäà, êîãäà îäíà èç íèõ, íàïðèìåð òî÷êà B, ëåæèò ìåæäó äâóìÿ äðóãèìè - òî÷êàìè A è C, ò.å. êîãäà âûïîëíÿåòñÿ ðàâåíñòâî

|AB| + |BC| = |AC|.

Ïðè äâèæåíèè ðàññòîÿíèÿ ñîõðàíÿþòñÿ, à çíà÷èò, ñîîòâåòñòâóþùåå ðàâåíñòâî âûïîëíÿåòñÿ è äëÿ òî÷åê A’, B’, C’:

|A’B’| + |B’C’| = |A’C’|.

Òàêèì îáðàçîì, òî÷êè A’, B’, C’ ëåæàò íà îäíîé ïðÿìîé è èìåííî òî÷êà B’ ëåæèò ìåæäó A’ è C’.

Èç äàííîãî ñâîéñòâà ñëåäóþò òàêæå åùå íåñêîëüêî ñâîéñòâ:

Ñâîéñòâî 2. Îáðàçîì îòðåçêà ïðè äâèæåíèè ÿâëÿåòñÿ îòðåçîê.

Ñâîéñòâî 3. Îáðàçîì ïðÿìîé ïðè äâèæåíèè ÿâëÿåòñÿ ïðÿìàÿ, à îáðàçîì ëó÷à - ëó÷.

Ñâîéñòâî 4. Ïðè äâèæåíèè îáðàçîì òðåóãîëüíèêà ÿâëÿåòñÿ ðàâíûé åìó òðåóãîëüíèê, îáðàçîì ïëîñêîñòè - ïëîñêîñòü, ïðè÷åì ïàðàëëåëüíûå ïëîñêîñòè îòîáðàæàþòñÿ íà ïàðàëëåëüíûå ïëîñêîñòè, îáðàçîì ïîëóïëîñêîñòè - ïîëóïëîñêîñòü.

Ñâîéñòâî 5. Ïðè äâèæåíèè îáðàçîì òåòðàýäðà ÿâëÿåòñÿ òåòðàýäð, îáðàçîì ïðîñòðàíñòâà - âñå ïðîñòðàíñòâî, îáðàçîì ïîëóïðîñòðàíñòâà - ïîëóïðîñòðàíñòâî.

Ñâîéñòâî 6. Ïðè äâèæåíèè óãëû ñîõðàíÿþòñÿ, ò.å. âñÿêèé óãîë îòîáðàæàåòñÿ íà óãîë òîãî æå âèäà è òîé æå âåëè÷èíû. Àíàëîãè÷íîå âåðíî è äëÿ äâóãðàííûõ óãëîâ.

Ñíà÷àëà ÿ ðàññìîòðþ âñå îñíîâíûå âèäû äâèæåíèé, à çàòåì ñâåäó èõ â åäèíóþ ñèñòåìó.

4. Ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ.

Îïðåäåëåíèå. Ïàðàëëåëüíûì ïåðåíîñîì, èëè, êîðî÷å, ïåðåíîñîì ôèãóðû, íàçûâàåòñÿ òàêîå åå îòîáðàæåíèå, ïðè êîòîðîì âñå åå òî÷êè ñìåùàþòñÿ â îäíîì è òîì æå íàïðàâëåíèè íà ðàâíûå ðàññòîÿíèÿ (ðèñ.3), ò.å. ïðè ïåðåíîñå êàæäûì äâóì òî÷êàì X è Y ôèãóðû ñîïîñòàâëÿþòñÿ òàêèå òî÷êè X’ è Y’, ÷òî

XX’ = YY’.

Îñíîâíîå ñâîéñòâî ïåðåíîñà: Ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ ñîõðàíÿåò ðàññòîÿíèÿ è íàïðàâëåíèÿ, ò.å.

X’Y’ = XY.

Îòñþäà âûõîäèò, ÷òî ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ åñòü äâèæåíèå, ñîõðàíÿþùåå íàïðàâëåíèå è íàîáîðîò, äâèæåíèå, ñîõðàíÿþùåå íàïðàâëåíèå, åñòü ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ.

Èç ýòèõ óòâåðæäåíèé òàêæå âûòåêàåò, ÷òî êîìïîçèöèÿ ïàðàëëåëüíûõ ïåðåíîñîâ åñòü ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ.

Ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ ôèãóðû çàäàåòñÿ óêàçàíèåì îäíîé ïàðû ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷åê. Íàïðèìåð, åñëè óêàçàíî, â êàêóþ òî÷êó A’ ïåðåõîäèò

äàííàÿ òî÷êà A, òî ýòîò ïåðåíîñ çàäàí âåêòîðîì AA’, è ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âñå òî÷êè

ñìåùàþòñÿ íà îäèí è òîò æå âåêòîð, ò.å. XX’ = AA’ äëÿ âñåõ òî÷åê Õ.

5. Öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ.

Îïðåäåëåíèå 1. Òî÷êè A è A’ íàçûâàþòñÿ ñèììåòðè÷íûìè îòíîñèòåëüíî òî÷êè Î, åñëè òî÷êè A, A’, O ëåæàò íà îäíîé ïðÿìîé è OX = OX’. Òî÷êà Î ñ÷èòàåòñÿ ñèììåòðè÷íîé ñàìà ñåáå (îòíîñèòåëüíî Î).

Äâå ôèãóðû íàçûâàþòñÿ ñèììåòðè÷íûìè îòíîñèòåëüíî òî÷êè Î, åñëè äëÿ êàæäîé òî÷êè îäíîé ôèãóðû åñòü ñèììåòðè÷íàÿ åé îòíîñèòåëüíî òî÷êè Î òî÷êà â äðóãîé ôèãóðå è îáðàòíî.

Êàê ÷àñòíûé ñëó÷àé, ôèãóðà ìîæåò áûòü ñèììåòðè÷íà ñàìà ñåáå îòíîñèòåëüíî íåêîåé òî÷êè Î. Òîãäà ýòà òî÷êà Î íàçûâàåòñÿ öåíòðîì ñèììåòðèè ôèãóðû, à ôèãóðà - öåíòðàëüíî-ñèììåòðè÷íîé.

Îïðåäåëåíèå 2. Öåíòðàëüíîé ñèììåòðèåé ôèãóðû îòíîñèòåëüíî Î íàçûâàåòñÿ òàêîå îòîáðàæåíèå ýòîé ôèãóðû, êîòîðîå ñîïîñòàâëÿåò êàæäîé åå òî÷êå òî÷êó, ñèììåòðè÷íóþ îòíîñèòåëüíî Î.

Îñíîâíîå ñâîéñòâî : Öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ ñîõðàíÿåò ðàññòîÿíèå, à íàïðàâëåíèå èçìåíÿåò íà ïðîòèâîïîëîæíîå. Èíà÷å ãîâîðÿ, ëþáûì äâóì òî÷êàì X è Y ôèãóðû F ñîîòâåòñòâóþò òàêèå òî÷êè X’ è Y’, ÷òî

X’Y’ = -XY.

Äîêàçàòåëüñòâî. Ïóñòü ïðè öåíòðàëüíîé ñèììåòðèè ñ öåíòðîì â òî÷êå Î òî÷êè X è Y îòîáðàçèëèñü íà X’ è Y’. Òîãäà, êàê ÿñíî èç îïðåäåëåíèÿ öåíòðàëüíîé ñèììåòðèè (ðèñ.4),

OX’ = -OX, OY’ = -OY.

Âìåñòå ñ òåì

XY = OY - OX, X’Y’ = OY’ - OX’.

Ïîýòîìó èìååì:

X’Y’ = -OY + OX = -XY.

Îòñþäà âûõîäèò, ÷òî öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ ÿâëÿåòñÿ äâèæåíèåì, èçìåíÿþùèì íàïðàâëåíèå íà ïðîòèâîïîëîæíîå è íàîáîðîò, äâèæåíèå, èçìåíÿþùåå íàïðàâëåíèå íà ïðîòèâîïîëîæíîå, åñòü öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ.

Öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ ôèãóðû çàäàåòñÿ óêàçàíèåì îäíîé ïàðû ñóùåñòâóþùèõ òî÷åê: åñëè òî÷êà À îòîáðàæàåòñÿ íà À’, òî öåíòð ñèììåòðèè - ýòî ñåðåäèíà îòðåçêà AA’.

6. Çåðêàëüíàÿ ñèììåòðèÿ (îòðàæåíèå â ïëîñêîñòè).

Îïðåäåëåíèå 1. Òî÷êè A è A’ íàçûâàþòñÿ ñèììåòðè÷íûìè îòíîñèòåëüíî ïëîñêîñòè a, åñëè îòðåçîê AA’ ïåðïåíäèêóëÿðåí ýòîé ïëîñêîñòè è äåëèòñÿ åþ ïîïîëàì. Ëþáàÿ òî÷êà ïëîñêîñòè a ñ÷èòàåòñÿ ñèììåòðè÷íîé ñàìîé ñåáå îòíîñèòåëüíî ýòîé ïëîñêîñòè (ðèñ.5).

Äâå ôèãóðû F è F’ íàçûâàþòñÿ ñèììåòðè÷íûìè îòíîñèòåëüíî äàííîé ïëîñêîñòè, åñëè îíè ñîñòîÿò èç òî÷åê, ïîïàðíî ñèììåòðè÷íûõ îòíîñèòåëüíî ýòîé ïëîñêîñòè, ò.å. åñëè äëÿ êàæäîé òî÷êè îäíîé ôèãóðû åñòü ñèììåòðè÷íàÿ åé òî÷êà â äðóãîé ôèãóðå.

Åñëè ïðåîáðàçîâàíèå ñèììåòðèè îòíîñèòåëüíî ïëîñêîñòè ïåðåâîäèò ôèãóðó â ñåáÿ, òî ôèãóðà íàçûâàåòñÿ ñèììåòðè÷íîé îòíîñèòåëüíî ïëîñêîñòè a, à ïëîñêîñòü a - ïëîñêîñòüþ ñèììåòðèè.

Îïðåäåëåíèå 2. Îòîáðàæåíèå ôèãóðû, ïðè êîòîðîì êàæäîé åå òî÷êå ñîîòâåòñòâóåò òî÷êà, ñèììåòðè÷íàÿ åé îòíîñèòåëüíî äàííîé ïëîñêîñòè, íàçûâàåòñÿ îòðàæåíèåì ôèãóðû â ýòîé ïëîñêîñòè (èëè çåðêàëüíîé ñèììåòðèåé).

Òåîðåìà 1. Îòðàæåíèå â ïëîñêîñòè ñîõðàíÿåò ðàññòîÿíèÿ è, ñòàëî áûòü, ÿâëÿåòñÿ äâèæåíèåì.

Ñì. Äîêàçàòåëüñòâî 1.

Òåîðåìà 2. Äâèæåíèå, ïðè êîòîðîì âñå òî÷êè íåêîòîðîé ïëîñêîñòè íåïîäâèæíû, ÿâëÿåòñÿ îòðàæåíèåì â ýòîé ïëîñêîñòè èëè òîæäåñòâåííûì îòîáðàæåíèåì.

Çåðêàëüíàÿ ñèììåòðèÿ çàäàåòñÿ óêàçàíèåì îäíîé ïàðû ñîîòâåòñòâóþùèõ òî÷åê, íå ëåæàùèõ â ïëîñêîñòè ñèììåòðèè: ïëîñêîñòü ñèììåòðèè ïðîõîäèò ÷åðåç ñåðåäèíó îòðåçêà, ñîåäèíÿþùåãî ýòè òî÷êè, ïåðïåíäèêóëÿðíî ê íåìó.

7. Ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé.

Äëÿ áîëåå ÷åòêîãî ïðåäñòàâëåíèÿ î ïîâîðîòå âîêðóã ïðÿìîé ñëåäóåò âñïîìíèòü ïîâîðîò íà ïëîñêîñòè îêîëî äàííîé òî÷êè. Ïîâîðîòîì íà ïëîñêîñòè îêîëî äàííîé òî÷êè íàçûâàåòñÿ òàêîå äâèæåíèå, ïðè êîòîðîì êàæäûé ëó÷, èñõîäÿùèé èç äàííîé òî÷êè, ïîâîðà÷èâàåòñÿ íà îäèí è òîò æå óãîë â îäíîì è òîì æå íàïðàâëåíèè (ðèñ.6). Ïåðåéäåì òåïåðü ê ïîâîðîòó â ïðîñòðàíñòâå.

Îïðåäåëåíèå. Ïîâîðîòîì ôèãóðû âîêðóã ïðÿìîé a íà óãîë j íàçûâàåòñÿ òàêîå îòîáðàæåíèå, ïðè êîòîðîì â êàæäîé ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé ïðÿìîé a, ïðîèñõîäèò ïîâîðîò âîêðóã òî÷êè åå ïåðåñå÷åíèÿ ñ ïðÿìîé a íà îäèí è òîò æå óãîë j â îäíîì è òîì æå íàïðàâëåíèè (ðèñ. 7). Ïðÿìàÿ a íàçûâàåòñÿ îñüþ ïîâîðîòà, à óãîë j - óãëîì ïîâîðîòà.

Îòñþäà âèäèì, ÷òî ïîâîðîò âñåãäà çàäàåòñÿ îñüþ, óãëîì è íàïðàâëåíèåì ïîâîðîòà.

Òåîðåìà 1. Ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé ñîõðàíÿåò ðàññòîÿíèÿ, ò.å. ÿâëÿåòñÿ äâèæåíèåì.

Ñì. Äîêàçàòåëüñòâî 2.

Òåîðåìà 2. Åñëè äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà èìååò ìíîæåñòâîì ñâîèõ íåïîäâèæíûõ òî÷åê ïðÿìóþ, òî îíî ÿâëÿåòñÿ ïîâîðîòîì âîêðóã ýòîé ïðÿìîé.

7.1. Ôèãóðû âðàùåíèÿ.

Ôèãóðà íàçûâàåòñÿ ôèãóðîé âðàùåíèÿ, åñëè ñóùåñòâóåò òàêàÿ ïðÿìàÿ, ëþáîé ïîâîðîò âîêðóã êîòîðîé ñîâìåùàåò ôèãóðó ñàìó ñ ñîáîé, äðóãèìè ñëîâàìè, îòîáðàæàåò åå ñàìó íà ñåáÿ. Òàêàÿ ïðÿìàÿ íàçûâàåòñÿ îñüþ âðàùåíèÿ ôèãóðû. Ïðîñòåéøèå òåëà âðàùåíèÿ : øàð, ïðÿìîé êðóãîâîé öèëèíäð, ïðÿìîé êðóãîâîé êîíóñ.

7.2. Îñåâàÿ ñèììåòðèÿ.

×àñòíûì ñëó÷àåì ïîâîðîòà âîêðóã ïðÿìîé ÿâëÿåòñÿ ïîâîðîò íà 180°. Ïðè ïîâîðîòå âîêðóã ïðÿìîé a íà 180° êàæäàÿ òî÷êà A ïåðåõîäèò â òàêóþ òî÷êó A’, ÷òî ïðÿìàÿ a ïåðïåíäèêóëÿðíà îòðåçêó AA’ è ïåðåñåêàåò åãî â ñåðåäèíå. Ïðî òàêèå òî÷êè A è A’ ãîâîðÿò, ÷òî îíè ñèììåòðè÷íû îòíîñèòåëüíî îñè a. Ïîýòîìó ïîâîðîò íà 180° âîêðóã ïðÿìîé ÿâëÿåòñÿ íàçûâàåòñÿ îñåâîé ñèììåòðèåé â ïðîñòðàíñòâå.

8.1. Íåïîäâèæíûå òî÷êè äâèæåíèé ïðîñòðàíñòâà.

Âàæíîé õàðàêòåðèñòèêîé äâèæåíèÿ ïðîñòðàíñòâà ÿâëÿåòñÿ ìíîæåñòâî åãî íåïîäâèæíûõ òî÷åê. Çäåñü ìîãóò ïðåäñòàâèòüñÿ ëèøü ñëåäóþùèå ïÿòü ñëó÷àåâ:

1. Ó äâèæåíèÿ íåïîäâèæíûõ òî÷åê íåò (íåòîæäåñòâåííûé ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ).

2. Äâèæåíèå èìååò ëèøü îäíó íåïîäâèæíóþ òî÷êó (öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ).

3. Ìíîæåñòâî íåïîäâèæíûõ òî÷åê äâèæåíèÿ ïðîñòðàíñòâà ÿâëÿåòñÿ ïðÿìîé (ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé).

4. Ìíîæåñòâî íåïîäâèæíûõ òî÷åê äâèæåíèÿ ïðîñòðàíñòâà ÿâëÿåòñÿ ïëîñêîñòüþ (çåðêàëüíàÿ ñèììåòðèÿ).

5. Ìíîæåñòâî íåïîäâèæíûõ òî÷åê äâèæåíèÿ ïðîñòðàíñòâà ÿâëÿåòñÿ âñåì ïðîñòðàíñòâîì (òîæäåñòâåííîå äâèæåíèå).

Äàííàÿ êëàññèôèêàöèÿ î÷åíü óäîáíà, òàê êàê ïðåäñòàâëÿåò âñå âèäû äâèæåíèÿ êàê åäèíóþ ñèñòåìó.

8.2. Îñíîâíûå òåîðåìû î çàäàíèè äâèæåíèé ïðîñòðàíñòâà.

Òåîðåìà 1. Ïóñòü â ïðîñòðàíñòâå äàíû äâà ðàâíûõ òðåóãîëüíèêà ABC è A’B’C’. Òîãäà ñóùåñòâóþò äâà è òîëüêî äâà òàêèõ äâèæåíèÿ ïðîñòðàíñòâà, êîòîðûå ïåðåâîäÿò A â A’, B â B’, C â C’. Êàæäîå èç ýòèõ äâèæåíèé ïîëó÷àåòñÿ èç äðóãîãî ñ ïîìîùüþ êîìïîçèöèè åãî ñ îòðàæåíèåì â ïëîñêîñòè A’B’C’.

Òåîðåìà 2. Ïóñòü â ïðîñòðàíñòâå çàäàíû äâà ðàâíûõ òåòðàýäðà ABCD è A’B’C’D’. Òîãäà ñóùåñòâóåò åäèíñòâåííîå äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà j, òàêîå, ÷òî j (A) = A’, j (B) = B’, j (C) = C’, j (D) = D’.

9. Äâà ðîäà äâèæåíèé.

Ñëåäóåò òàêæå çíàòü, ÷òî âñå äâèæåíèÿ ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà äâà ðîäà â çàâèñèìîñòè îò òîãî, íåïðåðûâíû îíè èëè íåò. Äëÿ ëó÷øåãî ïîíèìàíèÿ ñóùíîñòè ýòîãî ðàçäåëåíèÿ ââåäó ïîíÿòèå áàçèñà è åãî îðèåíòàöèè.

9.1. Áàçèñû è èõ îðèåíòàöèÿ.

Áàçèñîì â ïðîñòðàíñòâå íàçûâàåòñÿ ëþáàÿ òðîéêà âåêòîðîâ, íåïàðàëëåëüíûõ îäíîâðåìåííî íèêàêîé ïëîñêîñòè.

Òðîéêà áàçèñíûõ âåêòîðîâ íàçûâàåòñÿ ïðàâîé (ëåâîé), åñëè ýòè âåêòîðû, îòëîæåííûå îò îäíîé òî÷êè, ðàñïîëàãàþòñÿ òàê, êàê ðàñïîëîæåíû ñîîòâåòñòâåííî áîëüøîé, óêàçàòåëüíûé è ñðåäíèé ïàëüöû ïðàâîé (ëåâîé) ðóêè.

Åñëè èìåþòñÿ äâå ïðàâûå (ëåâûå) òðîéêè âåêòîðîâ, ãîâîðÿò, ÷òî ýòè òðîéêè îðèåíòèðîâàíû îäèíàêîâî. Åñëè îäíà òðîéêà ÿâëÿåòñÿ ïðàâîé, à âòîðàÿ - ëåâîé, òî îíè îðèåíòèðîâàíû ïðîòèâîïîëîæíî.

9.2. Äâà ðîäà äâèæåíèÿ.

Äâèæåíèÿ ïåðâîãî ðîäà - òàêèå äâèæåíèÿ, êîòîðûå ñîõðàíÿþò îðèåíòàöèþ áàçèñîâ íåêîåé ôèãóðû. Îíè ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû íåïðåðûâíûìè äâèæåíèÿìè.

Äâèæåíèÿ âòîðîãî ðîäà - òàêèå äâèæåíèÿ, êîòîðûå èçìåíÿþò îðèåíòàöèþ áàçèñîâ íà ïðîòèâîïîëîæíóþ. Îíè íå ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû íåïðåðûâíûìè äâèæåíèÿìè.

Ïðèìåðàìè äâèæåíèé ïåðâîãî ðîäà ÿâëÿþòñÿ ïåðåíîñ è ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé, à äâèæåíèÿìè âòîðîãî ðîäà - öåíòðàëüíàÿ è çåðêàëüíàÿ ñèììåòðèè.

Êîìïîçèöèåé ëþáîãî ÷èñëà äâèæåíèé ïåðâîãî ðîäà ÿâëÿåòñÿ äâèæåíèå ïåðâîãî ðîäà.

Êîìïîçèöèÿ ÷åòíîãî ÷èñëà äâèæåíèé âòîðîãî ðîäà åñòü äâèæåíèå 1 ðîäà, à êîìïîçèöèÿ íå÷åòíîãî ÷èñëà äâèæåíèé 2 ðîäà - äâèæåíèå 2 ðîäà.

10. Íåêîòîðûå ðàñïðîñòðàíåííûå êîìïîçèöèè.

Ðàññìîòðèì òåïåðü íåêîòîðûå êîìáèíàöèè äâèæåíèé, èñïîëüçóåìûå äîñòàòî÷íî ÷àñòî, íî íå óäåëÿÿ èì îñîáîãî âíèìàíèÿ.

10.1. Êîìïîçèöèè îòðàæåíèé â ïëîñêîñòè.

Òåîðåìà 1. Äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà ïåðâîãî ðîäà ïðåäñòàâèìî â âèäå êîìïîçèöèè äâóõ èëè ÷åòûðåõ îòðàæåíèé â ïëîñêîñòè.

Äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà âòîðîãî âèäà åñòü ëèáî îòðàæåíèå â ïëîñêîñòè, ëèáî ïðåäñòàâèìî â âèäå êîìïîçèöèè òðåõ îòðàæåíèé â ïëîñêîñòè.

Îòñþäà ìû ìîæåì îáúÿñíèòü óæå èçâåñòíûå íàì äâèæåíèÿ òàê:

· Êîìïîçèöèÿ îòðàæåíèÿ â 2 ïàðàëëåëüíûõ ïëîñêîñòÿõ åñòü ïàðàëëåëüíûé ïåðåíîñ.

· Êîìïîçèöèÿ îòðàæåíèÿ â 2 ïåðåñåêàþùèõñÿ ïëîñêîñòÿõ åñòü ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé ïåðåñå÷åíèÿ ýòèõ ïëîñêîñòåé.

· Öåíòðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ îòíîñèòåëüíî äàííîé òî÷êè ÿâëÿåòñÿ êîìïîçèöèåé 3 îòðàæåíèé îòíîñèòåëüíî ëþáûõ 3 âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûõ ïëîñêîñòåé, ïåðåñåêàþùèõñÿ â ýòîé òî÷êå.

10.2. Âèíòîâûå äâèæåíèÿ.

Îïðåäåëåíèå. Âèíòîâûì äâèæåíèåì íàçûâàåòñÿ êîìïîçèöèÿ ïîâîðîòà è ïåðåíîñà íà âåêòîð, ïàðàëëåëüíûé îñè ïîâîðîòà. Ïðåäñòàâëåíèå î òàêîì äâèæåíèè äàåò ââèí÷èâàþùèéñÿ èëè âûâèí÷èâàþùèéñÿ âèíò.

Òåîðåìà 2. Ëþáîå äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà ïåðâîãî ðîäà - âèíòîâîå äâèæåíèå (â ÷àñòíîñòè ïîâîðîò âîêðóã ïðÿìîé èëè ïåðåíîñ).

10.3. Çåðêàëüíûé ïîâîðîò.

Îïðåäåëåíèå. Çåðêàëüíûì ïîâîðîòîì âîêðóã îñè a íà óãîë j íàçûâàåòñÿ êîìïîçèöèÿ ïîâîðîòà âîêðóã îñè a íà óãîë j è îòðàæåíèÿ â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé îñè ïîâîðîòà.

Òåîðåìà 3. Ëþáîå äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà âòîðîãî ðîäà, èìåþùåå íåïîäâèæíóþ òî÷êó, ÿâëÿåòñÿ çåðêàëüíûì ïîâîðîòîì, êîòîðûé, â ÷àñòíîñòè, ìîæåò áûòü öåíòðàëüíîé èëè çåðêàëüíîé ñèììåòðèåé.

10.4. Ñêîëüçÿùèå îòðàæåíèÿ.

Îïðåäåëåíèå. Ñêîëüçÿùèì îòðàæåíèåì íàçûâàåòñÿ êîìïîçèöèÿ îòðàæåíèÿ â íåêîåé ïëîñêîñòè è ïåðåíîñà íà âåêòîð, ïàðàëëåëüíûé ýòîé ïëîñêîñòè.

Òåîðåìà 4. Äâèæåíèå ïðîñòðàíñòâà âòîðîãî ðîäà, íå èìåþùåå íåïîäâèæíûõ òî÷åê, åñòü ñêîëüçÿùåå îòðàæåíèå.

Òåîðåìà Øàëÿ. Äâèæåíèå ïëîñêîñòè ïåðâîãî ðîäà ÿâëÿåòñÿ ëèáî ïîâîðîòîì, ëèáî ïàðàëëåëüíûì ïåðåíîñîì.

Äâèæåíèå ïëîñêîñòè âòîðîãî ðîäà ÿâëÿåòñÿ ñêîëüçÿùèì îòðàæåíèåì.

Ïðèìå÷àíèå: Ê ðåôåðàòó ïðèëàãàþòñÿ 7 ðèñóíêîâ, 2 ïèñüìåííûõ äîêàçàòåëüñòâà òåîðåì è ðåøåíèÿ çàäà÷.

ÑÏÀÑÈÁÎ ÇÀ ÂÍÈÌÀÍÈÅ !

Ðåôåðàò ñîñòàâëåí è íàïå÷àòàí Íèêîëàåì Àëåêñååíêî â ðåäàêòîðå Word for Windows 6.0.