2018-2019数学新同步套餐（课件+讲义+习题）选修4-2苏教江苏专用版：22.2 几种常见的平面变换 (共9份打包)

2.2.1　恒等变换 2.2.2　伸压变换 2.2.3　反射变换 1.掌握恒等、伸压、反射变换的特点，熟知常用的恒等、伸压、反射变换矩阵的特点. 2.了解恒等、伸压、反射变换的矩阵表示及其几何意义. 3.能用矩阵变换把平面上的直线变成直线(或点). [基础·初探] 1.恒等变换 对平面上任何一点(向量)或图形施以矩阵称为恒等变换矩阵或单位矩阵，可记为E.对应的变换，都能把自身变成自身.因此，我们把这种特殊的矩阵称为恒等变换矩阵或单位矩阵，所实施的对应变换称为恒等变换.我们把矩阵 2.伸压变换 矩阵M1＝把平面上每一个点P都沿y轴方向垂直压缩为原来的一半，只有x轴上的点没变； 矩阵M2＝把平面上每一个点P都沿x轴方向伸长为原来的2倍，只有y轴上的点没变. 像矩阵这种将平面图形作沿y轴方向伸长或压缩，或作沿x轴方向伸长或压缩的变换矩阵，通常称为沿y轴或x轴的垂直伸压变换矩阵，对应变换为垂直伸压变换，简称伸压变换.， 3.反射变换 (1)反射变换的概念 像这样将一个平面图形F变为关于定直线或定点对称的平面图形F′的变换矩阵，我们称之为反射变换矩阵，对应的变换叫做反射变换.关于定直线或定点对称的反射又分别称为轴反射和中心反射，其中定直线称为反射轴，定点称做反射点.，， (2)反射变换的分类 与矩阵M1＝对应的变换是关于x轴的轴反射变换. 与矩阵M2＝对应的变换是关于y轴的轴反射变换. 与矩阵M3＝对应的变换是关于原点的中心反射变换. 与矩阵M4＝对应的变换是关于直线y＝x的轴反射变换. 4.线性变换 一般地，二阶非零矩阵对应的变换把直线变为直线，这种把直线变为直线的变换，通常叫做线性变换. [思考·探究] 1.设单位向量i＝(0，1)，j＝(1，0)，以i，j为邻边的正方形称为单位正方形，则单位矩阵对单位正方形作用后得到一个什么样的图形？ 【提示】　由于Ei＝， ＝ Ej＝.所以单位矩阵对单位正方形作用后的图形仍为单位正方形.＝ 2.如何理解伸压变换？ 【提示】　伸压变换是指沿着特定坐标轴方向伸长或者压缩的变换，我们不能简单地把伸压变换理解为把平面上的点向下压，或者向上拉伸.以矩阵为例，它所对应的变换是将坐标平面上的点的横坐标保持不变，x轴上方的点垂直向x轴压缩，纵坐标压缩为原来的一半，而x轴下方的点也垂直向x轴压缩，纵坐标压缩为原来的一半，又因为x轴上的点的纵坐标都为0，所以“原地不动”. 类似地，对应的变换则是将平面上点的纵坐标保持不变，将y轴左边的点的横坐标向左拉伸为原来的2倍，y轴右边的横坐标向右拉伸为原来的2倍，而y轴上的点的横坐标都为0，所以“原地不动”. 3.反射变换的作用是什么？ 【提示】　根据反射变换的定义知，其作用就是把一个点(向量)或平面图形变为它的轴对称或中心对称图形. [质疑·手记] 预习完成后，请将你的疑问记录，并与“小伙伴们”探讨交流： 疑问1：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 解惑：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 疑问2：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 解惑：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 疑问3：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 解惑：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 伸压变换的应用 　求直线y＝4x在矩阵对应的变换作用下所得的图形. 【导学号：30650011】 【精彩点拨】　矩阵对应的是沿y轴方向的伸压变换，它使得平面上的点变换前后横坐标保持不变，而纵坐标变为原来的一半，从而可用求轨迹方程的代入法(相关点法)求其轨迹. 【自主解答】　任意选取直线y＝4x上的一点P(x0，y0)，它在矩阵.＝＝对应的变换作用下变为P′(x0′，y0′)，则有 则有：故 又因为点P在直线y＝4x上， 所以y0＝4x0，即有2y0′＝4x0′. 因此y0′＝2x0′，从而直线y＝4x在矩阵作用下变成直线y＝2x. 利用伸压变换解决问题的类型及方法： (1)已知曲线C与变换矩阵，求曲线C在变换矩阵对应的变换作用下得到的曲线C′的表达式，常先转化为点的对应变换再用代入法(相关点法)求解. (2)已知曲线C′是曲线C在伸压变换作用下得到的，求与伸压变换对应的变换矩阵，常根据变换前后曲线方程的特点设出变换矩阵，构建方程(组)求解. (1)若将本例变为：一直线l在矩阵对应的变换作用下变成直线y＝2x，求该直线的方程. (2)若本例变为：直线y＝4x在二阶矩阵M对应的沿y轴方向伸压变换作用下变成了另一条直线y＝2x，试求矩阵M. 【解】　(1)任意选取直线l上的一点P(x0，y