对称问题

编辑: 逍遥路 关键词: 高二 来源: 高中学习网
高考要求
  1.掌握求已知曲线的轴对称曲线和中心对称曲线方程的方法:结合曲线对称的定义,用求曲线方程的方法求对称曲线的方程(归结为点的对称)
2.掌握判断曲线关于几种特殊直线对称的方法:①y=x; ②x轴;③y轴
知识点归纳
1 点关于点成中心对称的对称中心恰是这两点为端点的线段的中点,因此中心对称的问题是线段中点坐标公式的应用问题
设P(x0,y0),对称中心为A(a,b),则P关于A的对称点为P′(2a-x0,2b-y0)
2 点关于直线成轴对称问题
由轴对称定义知,对称轴即为两对称点连线的“垂直平分线” 利用“垂直”“平分”这两个条件建立方程组,就可求出对顶点的坐标 一般情形如下:
设点P(x0,y0)关于直线y=kx+b的对称点为P′(x′,y′),则有
,可求出x′、y′
特殊地,点P(x0,y0)关于直线x=a的对称点为P′(2a-x0,y0);点P(x0,y0)关于直线y=b的对称点为P′(x0,2b-y0)
3 曲线关于点、曲线关于直线的中心或轴对称问题:一般是转化为点的中心对称或轴对称(这里既可选特殊点,也可选任意点实施转化) 一般结论如下:
(1)曲线f(x,y)=0关于已知点A(a,b)的对称曲线的方程是f(2a-x,2b-y)=0
(2)曲线f(x,y)=0关于直线y=kx+b的对称曲线的求法:
设曲线f(x,y)=0上任意一点为P(x0,y0),P点关于直线y=kx+b的对称点为P′(y,x),则由(2)知,P与P′的坐标满足
从中解出x0、y0,
代入已知曲线f(x,y)=0,应有f(x0,y0)=0 利用坐标代换法就可求出曲线f(x,y)=0关于直线y=kx+b的对称曲线方程
4 两点关于点对称、两点关于直线对称的常见结论:
(1)点(x,y)关于x轴的对称点为(x,-y);
(2)点(x,y)关于y轴的对称点为(-x,y);
(3)点(x,y)关于原点的对称点为(-x,-y);
(4)点(x,y)关于直线x-y=0的对称点为(y,x);
(5)点(x,y)关于直线x+y=0的对称点为(-y,-x)
题型讲解
例1 求直线a:2x+y-4=0关于直线l:3x+4y-1=0对称的直线b的方程
分析:由平面几何知识可知若直线a、b关于直线l对称,它们具有下列几何性质:(1)若a、b相交,则l是a、b交角的平分线;(2)若点A在直线a上,那么A关于直线l的对称点B一定在直线b上,这时AB⊥l,并且AB的中点D在l上;(3)a以l为轴旋转180°,一定与b重合 使用这些性质,可以找出直线b的方程 解此题的方法很多,总的来说有两类:一类是找出确定直线方程的两个条件,选择适当的直线方程的形式,求出直线方程;另一类是直接由轨迹求方程
解:由 ,解得a与l的交点E(3,-2),E点也在b上
方法一:设直线b的斜率为k,
又知直线a的斜率为-2,直线l的斜率为-
则 =
解得k=-
代入点斜式得直线b的方程为
y-(-2)=- (x-3),
即2x+11y+16=0
方法二:在直线a:2x+y-4=0上找一点A(2,0),设点A关于直线l的对称点B的坐标为(x0,y0),
由 解得B( ,- )
由两点式得直线b的方程为
= ,
即2x+11y+16=0
方法三:设直线b上的动点P(x,y)关于l:3x+4y-1=0的对称点Q(x0,y0),则有
解得x0= ,y0=
Q(x0,y0)在直线a:2x+y-4=0上,
则2× + -4=0,
化简得2x+11y+16=0是所求直线b的方程
方法四:设直线b上的动点P(x,y),直线a上的点Q(x0,4-2x0),且P、Q两点关于直线l:3x+4y-1=0对称,则有

消去x0,得2x+11y+16=0或2x+y-4=0(舍)
点评:本题体现了求直线方程的两种不同的途径,方法一与方法二,除了点E外,分别找出确定直线位置的另一个条件:斜率或另一个点,然后用点斜式或两点式求出方程,方法三与方法四是利用直线上动点的几何性质,直接由轨迹求方程,在使用这种方法时,要注意区分动点坐标及参数,本题综合性较强,只有对坐标法有较深刻的理解,同时有较强的数形结合能力才能较好地完成此题
例2 光线从点A(-3,4)发出,经过x轴反射,再经过y轴反射,光线经过点B(-2,6),求射入y轴后的反射线的方程
分析:由物理中光学知识知,入射线和反射线关于法线对称
解:∵A(-3,4)关于x轴的对称点A1(-3,-4)在经x轴反射的光线上,
同样A1(-3,-4)关于y轴的对称点A2(3,-4)在经过射入y轴的反射线上,
∴k = =-2
故所求直线方程为y-6=-2(x+2),
即2x+y-2=0
点评:注意知识间的相互联系及学科间的相互渗透
例3 已知点M(3,5),在直线l:x-2y+2=0和y轴上各找一点P和Q,使△MPQ的周长最小
分析:如下图,作点M关于直线l的对称点M1,再作点M关于y轴的对称点M2,连结MM1、MM2,连线MM1、MM2与l及y轴交于P与Q两点,由轴对称及平面几何知识,可知这样得到的△MPQ的周长最小
解:由点M(3,5)及直线l,可求得点M关于l的对称点M1(5,1) 同样容易求得点M关于y轴的对称点M2(-3,5)
据M1及M2两点可得到直线M1M2的方程为x+2y-7=0
令x=0,得到M1M2与y轴的交点Q(0, )
解方程组 得交点P( , )
故点P( , )、Q(0, )即为所求
点评:恰当地利用平面几何的知识对解题能起到事半功倍的效果
例4 若抛物线 上总存在关于直线 的异于交点的两个对称点,试求实数 的取值范围
解法一:(对称曲线相交法)
曲线 关于直线 对称的曲线方程为
如果抛物线 上总存在关于直线 对称的两点,则两曲线
与 必有不在直线 上的两个不同的交点(如图所示),从而可由:

∵   
∴ 
代入 得  有两个不同的解,
∴ 
解法二:(对称点法)
设抛物线 上存在异于于直线 的交点的点 ,且 关于直线 的对称点 也在抛物线 上

必有两组解
(1)-(2)得
必有两个不同解
∵ ,
∴ 有解
从而有 有两个不等的实数解
即 有两个不等的实数解

∵ ,

解法三:(点差法)
设抛物线 上以 为端点的弦关于直线 对称,且以 为中点是抛物线 (即 )内的点
从而有 

(1)-(2)得  
∴ 

从而有 
例5 试确定 的取值范围,使得椭圆 上有不同两点关于直线 对称
解:设椭圆 上以 为端点的弦关于直线 对称,且以 为中点是椭圆 内的点
从而有 

(1)-(2)得  
∴ 

由 在直线 上
从而有 
小结:
1 对称问题的核心是点关于点的中心对称和点关于直线的轴对称,要充分利用转化的思想将问题转化为这两类对称中的一种加以处理
2 许多问题都隐含着对称性,要注意挖掘、充分利用对称变换来解决,如角平分线、线段中垂线、光线反射等
3 对称问题除了用中点坐标公式及斜率关系来求以外,还可以用求轨迹的思想??代入法来求解
学生练习
1 已知点M(a,b)与N关于x轴对称,点P与点N关于y轴对称,点Q与点P关于直线x+y=0对称,则点Q的坐标为
A (a,b) B (b,a)C (-a,-b) D (-b,-a)
解析:N(a,-b),P(-a,-b),则Q(b,a).
答案:B
2 曲线y2=4x关于直线x=2对称的曲线方程是
A y2=8-4x B y2=4x-8 C y2=16-4x D y2=4x-16
解:设曲线y2=4x关于直线x=2对称的曲线为C,在曲线C上任取一点P(x,y),则P(x,y)关于直线x=2的对称点为Q(4-x,y) 因为Q(4-x,y)在曲线y2=4x上,所以y2=4(4-x),即y2=16-4x
答案:C
3 已知直线l1:x+my+5=0和直线l2:x+ny+p=0,则l1、l2关于y轴对称的充要条件是
A = B p=-5 C m=-n且p=-5 D =- 且p=-5
解析:直线l1关于y轴对称的直线方程为(-x)+my+5=0,即x-my-5=0,与l2比较,∴m=-n且p=-5 反之亦验证成立
答案:C
4 点A(4,5)关于直线l的对称点为B(-2,7),则l的方程为______
解析:对称轴是以两对称点为端点的线段的中垂线
答案:3x-y+3=0
5 设直线x+4y-5=0的倾斜角为θ,则它关于直线y-3=0对称的直线的倾斜角是____________
答案:π-θ
6.一个以原点为圆心的圆与圆x2+y2+8x─4y=0关于直线l对称,则直线l的方程是
答案:2x─y+5=0
7.直线y=3x─4关于点P(2,─1)对称的直线l的方程是
答案:3x─y─10=0 用求方程的方法或几何性质(平行)均可
8.方程x2+y2+2ax─2ay=0所表示的圆的对称轴方程为
答案:x+y=0提示:点(x,y)与点(─y,─x)关于直线x+y=0对称
9.如果直线ax─y+3=0与直线3x─y─b=0关于直线x─y+1=0对称,则a= , b=
答案:1/3, 5 说明:掌握k=±1时,求对称点的方法
10 已知圆C与圆 关于直线y=-x对称,则圆C的方程为
A (x+1)2+y2=1 B x2+y2=1 C x2+(y+1)2=1 D x2+(y-1)2=1
解:由M(x,y)关于y=-x的对称点为(-y,-x),即得x2+(y+1)2=1
答案:C
11 与直线x+2y-1=0关于点(1,-1)对称的直线方程为
A 2x-y-5=0 B x+2y-3=0 C x+2y+3=0 D 2x-y-1=0
解:将x+2y-1=0中的x、y分别代以2-x,-2-y,得(2-x)+2(-2-y)-1=0,即x+2y+3=0 故选C
答案:C
12 两直线y= x和x=1关于直线l对称,直线l的方程是____________
解:l上的点为到两直线y= x与x=1距离相等的点的集合,即 =|x-1|,化简得x+ y-2=0或3x- y-2=0
答案:x+ y-2=0或3x- y-2=0
13 直线2x-y-4=0上有一点P,它与两定点A(4,-1)、B(3,4)的距离之差最大,则P点的坐标是____________
解:易知A(4,-1)、B(3,4)在直线l:2x-y-4=0的两侧 作A关于直线l的对称点A1(0,1),当A1、B、P共线时距离之差最大
答案:(5,6)
14 已知曲线C:y=─x2+x+2关于点(a,2a)对称的曲线是C/,若C与C/有两个不同的公共点,求a的取值范围
解:曲线C/的方程为y=x2+(1─4a)x+(4a2+2a─2),联立C与C/的方程并消去y得:x2─2ax+2a2+a─2=0, 由Δ>0得:─215.自点A(─3,3)发出的光线 射到x轴上,被x轴反射,其反射光线m所在直线与圆x2+y2─4x─4y+7=0相切,求光线 与m所在的直线的方程
解:圆C:(x─2)2+(y─2)2=1关于x轴的对称圆C/的方程是(x─2)2+(y+2)2=1 设光线 所在的直线方程是y─3=k(x+3),依题意,它是圆C/的切线,从而点C/到直线 的距离为1,∴ =1,解得:k=─3/4或k=─4/3, ∴ 的方程是3x+4y─3=0或4x+3y+3=0,同理求过点A/(─3,─3)的圆C的切线方程,得m的方程为3x─4y─3=0或4x─3y+3=0
16.已知两曲线y=─x2+4x─2与y2=x关于直线 对称,求直线 的方程
解:抛物线y=─x2+4x─2的顶点坐标P1(2,2),抛物线y2=x的顶点为Q(0,0),
∴直线 就是PQ的垂直平分线x+y─2=0
17 求函数y= + 的最小值
解:因为y= + ,
所以函数y是x轴上的点P(x,0)与两定点A(0,3)、B(4,3)距离之和 y的最小值就是PA+PB的最小值 由平面几何知识可知,若A关于x轴的对称点为A ′(0,-3),则PA+PB的最小值等于A′B,
即 =4 所以ymin=4
18 若抛物线y=2x2上的两点A(x1,y1)、B(x2,y2)关于直线y=x+m对称且x1x2=- ,求m的值
解:设直线AB的方程为y=-x+b,代入y=2x2得2x2+x-b=0,
∴x1+x2=- ,x1x2= =- ∴b=1,即AB的方程为y=-x+1
设AB的中点为M(x0,y0),则x0= =- ,代入y0=-x0+1,

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