Методические особенности изучения темы "Подобные треугольники" в средней общеобразовательной школе - рефераты, скачать рефераты, бесплатно рефераты

Рефераты. Методические особенности изучения темы "Подобные треугольники" в средней общеобразовательной школе

еобходимый и достаточный признак преобразования данного множества - одновременное выполнение двух условий:

1) Каждый элемент множества имеет единственный образ в этом множестве;

2) Каждый элемент данного множества имеет единственный прообраз в этом множестве.

Определение. Пусть f и g - два преобразования множества X и для произвольного xX, f(х)=y, g(y)=z, причём yX, zX. Определим отображение , являющееся преобразованием множества X. Преобразование . Называется композицией (произведением) преобразования f и преобразования g. Пишут =gf(=gЧf).

(х)=(gЧf)(x)=g(f(x))=g(y)=z

Определение. Два преобразования f1и f2 одного итого же множества X называются равными, совпадающими, если для любого xX имеет место f1(x)=f2(x).

Определение. Преобразование e множества X называется тождественным, если для любого xX, имеет место e(x)=x. Поэтому для любого преобразования f множества ef=fe=e.

Определение. При любом преобразовании f объединение множеств отображается на объединение их образов

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

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

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

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:

Если W, W, то V.

Если V, то V

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 =.

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

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

М/N/= |k|MN.

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.

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

, если k>0, и , если k<0.

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.

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:

Группа преобразований подобия первого рода;

Группа движений и все её подгруппы;

Группа гомотетий и параллельных переносов;

Группа гомотетий с одним и тем же центром.

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

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

В данной главе предлагается сравнительный анализ темы по следующим учебникам:

Атанасян Л.С. Геометрия 7-9;

Погорелов А.В. Геометрия 7-11;

Александров А.Д. Геометрия 7-9;

Бевз Г.П. Геометрия 7-11;

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:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6