Chuyên đề phép dời hình trong không gian và hai hình bằng nhau

Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

CHUYÊN ĐỀ PHÉP DỜI HÌNH TRONG KHƠNG GIAN VÀ
HAI HÌNH BẰNG NHAU
1. Phép dời hình trong khơng gian và sự bằng nhau giữa các khối đa diện.


Trong không gian quy tắc đặt tương ứng mỗi điểm M với điểm M’ xác định duy nhất được gọi là
một phép biến hình trong khơng gian.



Phép biến hình trong khơng gian được gọi là phép dời hình nếu nó bảo tồn khoảng cách giữa hai
điểm tùy ý.

Nhận xét:


Thực hiện liên tiếp các phép dời hình sẽ được một phép dời hình.



Phép dời hình biến một đa diện thành  H  một đa diện  H '  , biến các đỉnh, cạnh, mặt của đa
diện  H  thành đỉnh, cạnh, mặt tương ứng của đa diện  H '  .

a) Phép dời hình tịnh tiến theo vector v là phép biến hình biến điểm M thành M’ sao cho MM '  v .
b) Phép đối xứng qua mặt phẳng (P) là phép biến hình biến mọi
điểm thuộc (P) thành chính nó, biến điểm M không thuộc (P)
thành điểm M’ sao cho (P) là mặt phẳng chung trực của MM’.
Nếu phép đối xứng qua mặt phẳng (P) biến hình (H) thành chính
nó thì (P) được gọi là mặt phẳng đối xứng của (H).

c) Phép đối xứng tâm O là phép biến hình biến điểm O thành
chính nó, biến điếm M khác O thành điểm M’ sao cho O là trung
điểm của MM’.
Nếu phép đối xứng tâm O biến hình (H) thành chính nó thì O
được gọi là tâm đối xứng của (H).

d) Phép đối xứng qua đường thẳng d là phép biến hình mọi
điểm thuộc d thành chính nó, biến điểm M khơng thuộc d thành
điểm M’ sao cho d là trung trực của MM’. Phép đối xứng qua
đường thẳng d còn được gọi là phép đối xứng qua trục d.
Nếu phép đối xứng qua đường thẳng d biến hình (H) thành chính
nó thì d được gọi là trục đối xứng của (H).

Trang | 1


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

2. Hai hình bằng nhau
Hai hình được gọi là bằng nhau nếu có một phép dời hình biến hình này thành hình kia.
Nhận xét


Hai đa diện được gọi là bằng nhau nếu có một phép dời hình biến hình đa diện này thành hình đa
diện kia.



Hai tứ diện có các cạnh tương ứng bằng nhau thì bằng nhau.

Ví dụ: Trong khơng gian cho hai hai mặt phẳng    và    vng góc với nhau. Với mỗi điểm M ta gọi
M 1 là ảnh của M qua phép đối xứng tâm D , M 2 là ảnh của M qua phép đối xứng tâm D . Khi đó hợp

thành của D D biến điểm M thành điểm M 2 là
A. Phép tịnh tiến

B. Phép đối xứng qua mặt phẳng

C. Phép đối xứng tâm

D. Phép đối xứng trục

Hướng dẫn giải:
Gọi I, J, O lần lượt là trung điểm của MM1,M1M 2 ,MM 2 ( với
MM1     và I     ,M1M 2    và J    )

Ta có: IO/ /M1M 2 nên IO    , do đó nếu gọi a là giao tuyến
của    và    thì IO  a và O  a . Suy ra hai điểm M và
M 2 đối xứng nhau qua đường thẳng a.

Vậy hợp thành của D D biến điểm M thành điểm M 2 là phép đối xứng qua đường thẳng a.
3. Bài tập
Câu 1: Trong không gian cho (P) và (Q) là hai mặt phẳng song song. Chọn mệnh đề đúng trong các
mệnh đề sau
A. Khơng có phép tịnh tiến nào biến (P) thành (Q)
B. Có duy nhất một phép tịnh tiến biến (P) thành (Q)
C. Có đúng hai phép tịnh tiến biến (P) thành (Q)
D. Có vơ số phép tịnh tiến biến (P) thành (Q)
Chọn đáp án D.

Câu 2 : Trong không gian cho hai tam giác ABC và A’B’C’
AB  A 'B';AC  A 'C'; BC  B'C' ). Chọn mệnh đề đúng trong các mệnh đề sau

bằng

nhau

(

A. Không thể thực hiện một phép tịnh tiến nào biến tam giác này thành tam giác kia
B. Tồn tại duy nhất một phép tịnh tiến nào biến tam giác này thành tam giác kia
C. Có nhiều nhất hai phép tịnh tiến nào biến tam giác này thành tam giác kia

Trang | 2


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

D. Có thể thực hiện vô số phép tịnh tiến biến tam giác này thành tam giác kia.
Hướng dẫn giải:
Trước hết ta nhận thấy rằng, muốn thực hiện được một phép tịnh tiến
biến ABC thành A 'B'C' thì phải có điều kiện, hai tam giác ABC
và A’B’C’ ơhair nằm trên hai mặt phẳng song song (hoặc trùng
nhau) và AB  A 'B',AC  A 'C'.

Khi đó phép tịnh tiến theo vectơ u  A 'A biến A 'B'C' thành ABC và phép tịnh tiến theo vectơ

v  A 'A biến A 'B'C' thành ABC . Như vậy chỉ có hai phép tịnh tiến biến tam giác này thành tam
giác kia.
Câu 3: Cho hình lập phương ABCD. A’B’C’D’. Gọi I, J lần lượt là trung điểm của các cạnh AD, BC.

Phép tịnh tiến theo vectơ u 

1
AD biến tam giác A 'I J thành tam giác
2

A. C’CD

B. CD’P với P là trung điểm của B’C’

C. KDC với K là trung điểm của A’D’

D. DC’D’

Hướng dẫn giải:
Gọi T là phép tịnh tiến theo vectơ u 

1
AD . Ta có
2

T  I   D,T  J  C,T  A '   K

Vậy T  A 'I J  KDC.
Chọn đáp án C.
Câu 4: Cho hai mặt phẳng    và    song song với nhau. Với M là một điểm bất kỳ, ta gọi M 1 là ảnh
của M qua phép đối xứng Đ  và M 2 là ảnh của M 1 qua phép đối xứng Đ  . Phép biến hình f  Đ   Đ

 . Biến điểm M thành M 2 là
A. Một phép biến hình khác

B. Phép đồng nhất

C. Phép tịnh tiến

D. Phép đối xứng qua mặt phẳng

Hướng dẫn giải:

Trang | 3


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

Gọi

I,



J

lần

lượt

MM1,M1M 2 I     ,J  



là

trung

điểm

của

Ta có:

D  M   M1  MM1  2IM1

D  M1   M 2  M1M 2  2M1J
Suy ra:





MM 2  2 IM1  M1J  2IJ  u (Không đổi)

Vậy M 2 là ảnh của M qua phép tịnh tiến u .
Chọn đáp án D.
Câu 5: Trong không gian một tam giác đều có mấy mặt phẳng đối xứng?
A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Hướng dẫn giải:
Trong không gian, với tam giác đều bất kì ABC có bốn mặt phẳng đối xứng. Đó là: Ba mặt phẳng trung
trực của ba cạnh và mặt phẳng chứa ABC .
Chọn đáp án D.
Câu 6: Cho hình hộp chữ nhật ABCD. A’B’C’D’ có các kích thước là a, b, c  a  b  c . Hình hộp chữ
nhật này có mấy mặt đối xứng
A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Hướng dẫn giải:
Hình hộp chữ nhật ABCD. A’B’C’D’ có 3 mặt đối xứng, đó là các mặt phẳng trung trực AB, AD,
AA’.
Chọn đáp án C.
Câu 7: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình vng và SA vng góc với (ABCD). Hình chóp
này có mặt đối xứng nào?
A. Khơng có

B.  SAB

C.  SAC

D.  SAD 

Hướng dẫn giải:

Trang | 4


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

Ta có: BD   SAC và O là trung điểm của BD. Suy ra  SAC là
mặt phẳng trung trực của BD. Suy ra  SAC là mặt đối xứng của
hình chóp, và đây là mặt phẳng duy nhất.
Chọn đáp án C.

Câu 8: Trong không gian cho hai điểm I và J phân biệt. Với mỗi điểm M ta gọi M 1 là ảnh của M qua
phép đối xứng tâm D I , M 2 là ảnh của M qua phép đối xứng tâm D J . Khi đó hợp thành của D I và D J
biến điểm M thành điểm M 2 là
A. Phép đối xứng qua mặt phẳng

B. Phép tịnh tiến

C. Phép đối xứng tâm

D. Phép đồng nhất

Hướng dẫn giải:
Ta có:

DI  M   M1  MM1  2IM1

DJ  M1   M 2  M1M 2  2M1J
Do đó:





MM1  2 IM1  M1J  2IJ (khơng đổi)

Vậy M 2 là ảnh của M qua phep tịnh tiến theo vectơ u  2IJ .
Chọn đáp án B.
Câu 9: Trong các hình dưới đây, hình nào khơng có tâm đối xứng
A. Hình hộp

B. Hình lăng trụ tứ giác đều

C. Hình lập phương

D. Tứ diện đều

Hướng dẫn giải:


Hình hộp có một tâm đối xứng là giao điểm của bốn đường chéo



Hình lăng trụ tứ giác đều, hình lập phương là các hình hộp đặc biệt nên có một tâm đối xứng



Tứ diện đều khơng có tâm đối xứng.

Thật vậy, giả sử tứ diện đều ABCD có tâm đối xứng O.
Nhận thấy các đỉnh A,B,C,D không thể là tâm đối xứng của tứ diện ABCD, nên ảnh của A qua
đối xứng tâm O là một trong ba đỉnh còn lại, nếu DO  A   B thì O là trung điểm của AB,

Trang | 5


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

nhưng trung điểm của AB cũng không thể là tâm đối xứng của ABCD.
Câu 10: Hình chóp tứ giác đều có mấy mặt phẳng đối xứng
A. 1

C. 3

B. 2

D. 4

Hướng dẫn giải:
Hình chóp tứ giác đều có 4 mặt phẳng đối xứng đó là:

 SAC , SBD , SMN  , SIJ ,

với M, N, I, J lần lượt là trung

điểm của
AB, CD, DA, BC
Chọn đáp án D.

Câu 11: Cho hình lập phương ABCD. A’B’C’D’ tâm O (tâm đối xứng). Ảnh của đoạn thẳng A’B qua
phép đối xứng tâm DO là đoạn thẳng
A. DC'

B. CD'

C. DB'

D. AC'

Hướng dẫn giải:
Ta có
DO  A '  C; DO  B  D'

Do đó
DO  A 'B  CD'

Chọn đáp án B.
Câu 12: Trong không gian cho hai đường thẳng song song a và b. Với mỗi điểm M ta gọi M 1 là ảnh của
M qua phép đối xứng tâm Da , M 2 là ảnh của M qua phép đối xứng tâm D b . Khi đó hợp thành của Da
D b biến điểm M thành điểm M 2 là

A. Phép đối xứng trục

B. Phép đối xứng qua mặt phẳng

C. Phép đối xứng tâm

D. Phép tịnh tiến

Hướng dẫn giải:

Trang | 6


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

Gọi I, J lần lượt là trung điểm của MM1,M1M 2
Các điểm M,M1,M 2 ,I,J cùng nằm trên một mặt phẳng (P)
vng góc với a và b tại I và J.
Ta có:

DI  M   M1  MM  2IM 1

D J  M1   M 2  M1M 2  2M1J





Suy ra: MM 2  2 IM1  M1J  2IJ  u (không đổi)
Chọn đáp án D.

Trang | 7


Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai

Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội

dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm,
giỏi về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên
danh tiếng.
I.

Luyện Thi Online
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
-

Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ các Trường ĐH và THPT danh tiếng
xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và
Sinh Học.

-

Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp 9 và luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán các
trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường
Chuyên khác cùng TS.Trần Nam Dũng, TS. Phạm Sỹ Nam, TS. Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn
Đức Tấn.

II.

Khoá Học Nâng Cao và HSG
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
-

Tốn Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em HS
THCS lớp 6, 7, 8, 9 u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt
điểm tốt ở các kỳ thi HSG.

-

Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng 5 phân môn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp
dành cho học sinh các khối lớp 10, 11, 12. Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS. Lê Bá Khánh
Trình, TS. Trần Nam Dũng, TS. Phạm Sỹ Nam, TS. Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc
Bá Cẩn cùng đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia.

III.

Kênh học tập miễn phí
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí
HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí
-

HOC247 NET: Website hoc miễn phí các bài học theo chương trình SGK từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả
các môn học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư
liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất.

-

HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi
miễn phí từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các mơn Tốn- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và
Tiếng Anh.

Trang | 8