Симметрия в пространстве и на плоскости

Разделы: Математика

100-570-660.jpg (3790 bytes)

ЦЕЛИ:

1. образовательная:

  • систематизировать сведения о симметрии;
  • формировать умение видеть проявление симметрии в различных областях науки (алгебре, геометрии) и деятельности человека (музыке и архитектуре);
  • закрепить и систематизировать, знания, связанные с четностью и нечетностью функции;
  • расширить представление учащихся о линиях на плоскости;

2. развивающая:

  • развивать умение сравнивать, анализировать, обобщать и делать выводы;
  • развивать любознательность; интеллектуальную сферу личности;
  • развивать умения учебно-познавательной деятельности (развивать культуру устной и письменной речи);

3. воспитывающая:

  • воспитывать чувство патриотизма, как одного из важнейших качеств гражданина России;
  • любовь к малой Родине;
  • уметь понимать и давать оценку прекрасного в искусстве.

ОБОРУДОВАНИЕ:

  • рисунки фигур: треугольник, параллелограмм, прямоугольник, ромб, квадрат, окружность в двух экземплярах (второй экземпляр с изображением осей и центров симметрии);
  • компьютер;
  • экран;
  • мультимедийный проектор;
  • презентация в Power Point – см. ПРИЛОЖЕНИЕ 1;
  • видеофильм о городе Бежецке; видеозапись музыкального произведения “Слеза” Мусоргского.

ТИП УРОКА: интегрированный урок.

Ход урока

I. Организационный момент:

Приветствие. Проверка готовности к уроку.

II. Сообщение темы и целей урока:

Сегодня на уроке мы прикоснемся к удивительному математическому понятию – симметрии.

Откройте тетради и запишите тему урока: “Симметрия на плоскости и в пространстве”.

А цель: повторить виды симметрии на плоскости и учиться узнавать ее в окружающем нас мире.

Много веков назад люди восхищались красотой, созданной самой природой. Крылья бабочки, узор снежинки, листья клёна и многое другое являлось своеобразной подсказкой для открытия такого явления как симметрия. В переводе с греческого языка это слово означает “соразмерность”. Известный немецкий математик Герман Вейль писал: “Симметрия является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство”.[1]

III. Актуализация опорных знаний:

А красота и гармония мира строятся на сухих математических терминах.

Давайте вспомним, какие виды симметрии вы изучали?

Дайте определения точек, симметричных относительно прямой и точки.

Две точки А и А1 называются симметричными относительно прямой а, если эта прямая проходит через середину отрезка АА1 и перпендикулярна к нему. Каждая точка прямой а считается симметричной самой себе.

Две точки А и А1 называются симметричными относительно точки О, если О – середина отрезка АА1. Точка О считается симметричной самой себе.

Центральную симметрию определяют, как поворот вокруг центра симметрии на 180 градусов. Поэтому его считают частным случаем поворота и преобразование фигур выполняют с помощью осевой симметрии, параллельного переноса и поворота.

Симметрия линий на плоскости

Презентация

Задайте систему координат на плоскости. Постройте точку К симметричную точке L, относительно оси Оу.

Пусть точка L имеет координаты (a;b). Выразите через координаты точки L, координаты точки K.

Точки K и L принадлежат линии, значит, они должны удовлетворять уравнению линии, т.е.

y(а)=b

y(-а)=b, значит, у(-а)=у(а).

Как называются функции, для которых справедливо равенство у(-а)=у(а) при всех a из ее области определения? (Четные функции).

Дайте определение четной функции. (Функция y=f(x) называется четной, если она обладает следующими свойствами: 1) область определения этой функции симметрична относительно начала координат; 2) для любого значения х, принадлежащего области определения этой функции, выполняется равенство f(-x)= f(x)).

Приведите примеры четных функций. (у=х2, у=[ x] , у=х4 и т.д.)

Графики, каких функций изображены на слайде 1? (у=aх2n, у=aх-2n, где n–натуральное, у=? ax? ). Являются ли они четными? Почему?

Каким свойством обладают графики четных функций? (Симметричны относительно оси Оу). А что вы скажите об области определения четных функций? (Симметрична относительно начала координат).

Обратите внимание на формулы, которыми задаются графики этих функций. Что вы заметили? (В формулах четных функции – аргумент берется в четной степени или по модулю).

Как вы считаете, что представляет собой график функции у=х0? Почему? (Прямая – y=1, за исключением точки (0;1). Демонстрация графика функции у=х0– слайд 2). График функции в тетрадь.

Назовите область определения функции у=х0. (Все, кроме нуля, т.к. 00- число не определено).

Какова область значений данной функции? (у=1).

Рассмотрим координаты точек L и M. Точка М – точка симметричная точке L относительно начала координат.

y(-а)=b

y(-а)=-b, значит, у(-а)=-у(а).

Как называются функции, для которых справедливо равенство у(-а)=-у(а) при всех a из ее области определения? (Нечетная функция).

Какая функция называется нечетной? (Функция y=f(x) называется нечетной, если она обладает следующими свойствами: 1) область определения этой функции симметрична относительно начала координат; 2) для любого значения х, принадлежащего области определения этой функции, выполняется равенство f(-x)= -f(x))

Приведите примеры нечетных функций. (у=кх, у=х3- кубическая парабола, у=х5)

Графики, каких функций приведены на слайде 3? (y=kx, у=aх3, y=k/x).

Каким свойством обладают графики нечетных функций? (Симметричны относительно начала координат).

Что вы можете сказать об области определения нечетной функции?

Как по формуле можно определить нечетность функции? (Нечетная степень аргумента).

Как с помощью симметрии определить четность и нечетность функции?

Вывод: график четной функции обладает симметрией относительно оси ординат; график нечетной функции симметричен относительно начала координат; область определения четной и нечетной функций симметрична относительно начала координат.

Но есть функции, которые не являются четными и не являются нечетными. Могут ли их графики иметь ось симметрии или центр симметрии? Давайте ответим на этот вопрос, но для начала выполним следующее задание.

Определите четность или нечетность функции, изображенной на слайде 4: у=-х2+12х-38? (не является четной и не является нечетной).

Имеет ли она центр и ось симметрии? (Имеет ось симметрии х0=6.)

А функция y=(2x-5)/(x-4)? (Не является четной и не является нечетной.)

Как называется данная функция? (Дробно-линейная.)

Что является графиком этой функции? (Гипербола).

Имеет ли она ось или центр симметрии? (Да, точка (4;2))

Вывод: графики функций не являющиеся четными и не являющимися нечетными иногда имеют ось и центр симметрии, но отличные от оси Oу и начала координат.

Обратите внимание, что в случае, когда обе переменные входят в уравнение первой степени, график – всегда – прямая. Если хотя бы одна переменная или обе входят в уравнение во второй степени (второй степенью будем также считать тот случай, когда имеется произведение двух переменных, каждая из которых в первой степени), то получается гипербола, парабола или окружность.

Существуют ли еще какие-нибудь кривые, кроме этих? Какими уравнениями они описываются?

Ответы на эти вопросы вы найдете в новом разделе математики – аналитическая геометрия, который вы, возможно, будете изучать в высших учебных заведениях.

А сейчас, я приведу вам пару примеров таких прямых:

y=8/(x2+4)

Определите четность этой функции. А теперь посмотрите на ее график. Это не прямая, и это не парабола, и не гипербола, и тем более не окружность. Эта кривая, выраженная уравнением y=a3/(x2+a2), называется локоном Аньези (слайд 5), в честь итальянской женщины-математика Марии Гаэтаны Аньези. Аньези Мария Гаэтана (16.5.1718—9.1.1799) родилась в Милане. Аньези, в частности, доказала, что любое кубическое уравнение имеет три корня.

x3+y3-3xy=0

А эта линия называется Декартов лист (слайд 6). (З1.3.1596-11.2.1650) – в честь французского философа, математика, физика, физиолога Рене Декарта. Родился в Лаэ (департамент Турень).

Обратите внимание на уравнение, которым задается эта кривая. Если в нем заменить х на у, а у на х, то получится тот же самое уравнение. Такое уравнение называется симметричным.

Имеет ли она ось или центр симметрии?

Вывод: мы рассмотрели примеры использования симметрии в алгебре, на примерах функций.

А какие из геометрических фигур обладают симметрией? Какой симметрией обладает параллелограмм (прямоугольник)? Что является центром и осью симметрии?

Параллелограмм не имеет осей симметрии, но имеет центр симметрии – это точка пересечения диагоналей.

Прямоугольник имеет две оси симметрии, проходящие через середины сторон; центр симметрии – точка пересечения диагоналей.

Почему центр симметрии прямоугольника совпадает с центром симметрии параллелограмма?

Где находится центр симметрии ромба? Почему? Сколько осей симметрии у ромба? (2). Почему? (По свойству диагоналей ромба).

Сколько осей симметрии имеет квадрат? (4). Почему? Что является центром симметрии? Почему?

А какая фигура имеет бесконечное число осей симметрии? (Окружность). Что является осью симметрии? Что является центром симметрии? (Центр окружности).

Симметрия в архитектуре.

Принцип симметрии играет важную роль и в архитектуре. “Архитектура – по словам Н.В. Гоголя – это летопись мира”. Она несет в себе уникальную информацию о жизни людей в давно прошедшие исторические эпохи. А научиться чувствовать и понимать величие замечательных творений зодчих – значит, научиться читать страницы летописи мира, своей страны – великой России. Я предлагаю вашему вниманию совершить экскурсию по городу Бежецку и постараться увидеть симметрию.

Рассказ о Бежецке.

Впервые Бежецк упоминается в новгородской летописи 1137. Уже тогда это был густонаселенный край с крупными селениями, одним из которых был Городецко (так тогда назывался Бежецк) – центр Бежецкого Верха – волости Великого Новгорода. До 1766 года город по Указу Екатерины II был переименован в Бежецк. Не раз разоряли Бежецкий Верх в XIII веке литовцы и татары. Но больше всего досталось ему от русских князей. Два столетия был край яблоком раздора между Новгородом, Тверью и Москвой. Неоднократно великие князья жгли и разоряли с небывалой жестокостью цветущий край. Однако, словно в сказке, из пепла каждый раз возрождался город к новой жизни.

С середины XVIII века торговля становится основным занятием бежечан. Установились прочные связи с Ярославлем, Костромой, Устюжной, Кашином, Новгородом, Петербургом и другими городами центральной России. И уже несколько десятилетий спустя Бежецк было не узнать – он заметно вырос, благоустроился, похорошел. Двухэтажные купеческие особняки словно похваляются друг перед другом затейливостью постройки, резными деревянными украшениями стен и окон. А между ними каменными глыбами возвышаются дома богатейших торговцев <рисунок 1> и промышленников. Древняя бежецкая земля внесла немалый вклад в сокровищницу отечественной культуры. Имена многих талантливых людей тесно связаны с ней: известный русский писатель В.Я.Шишков; народный артист СССР, солист Большого театра А.П. Иванов; замечательный музыкант и композитор, основатель и руководитель первого в мире оркестра русских народных инструментов В.В.Андреев. С Бежецком и его окрестностями тесно связано творчество великих русских поэтов Анны Андреевны Ахматовой и Николая Степановича Гумилева.

Там белые церкви и звонкий, светящийся лед,
Там милого сына цветут васильковые очи.
Над городом древним алмазные русские ночи
И серп поднебесный желтее, чем липовый мед.

А.А. Ахматова

Память об этих людях живет в сердцах бежечан. И теперь она воплощена в бронзе и граните <рисунок 2>. 2 августа 2003 года состоялось открытие первого и пока единственного в мире памятника семье Гумилевых – Ахматовой.

Показ видеоролика о Бежецке.

Где вы встретили проявление симметрии? (В архитектуре)

Сейчас вы видели симметрию, а теперь я предлагаю ее услышать.

Симметрия в музыке.

Симметрию также можно услышать. Она встречается в музыке. Сейчас вы услышите произведение, которое построено на симметрии. Вступление и заключение, первая и третья части – похожи по звучанию, а вторая часть – непохоже ни на одну из других.

Прослушивание видеоролика с музыкальным произведением: Мусоргский “Слеза” в исполнении ученицы 8 класса.

IV. Постановка домашнего задания:

Так как мы рассмотрели применение симметрии и в алгебре, и в геометрии, то домашняя работа будет состоять из двух частей. Те, кто желает иметь дополнительную отметку по алгебре, тот может выполнить алгебраическую часть, кто по геометрии – соответственную; а также можно сделать обе части.

Алгебра

  1. Постройте график функции y=x/3. Обладает ли построенная линия центром симметрии? Сколько осей симметрии имеет эта линия? Является ли прямая y=-3x+5 осью симметрии данной линии?
  2. Докажите, что графиком линии x2+6x-y+8=0 является парабола. Постройте ее график. Укажите ось симметрии параболы.
  3. Докажите, что графики функций y=x2, где x>0, и y= x-2 симметричны относительно прямой у=х.
  4. Что представляет собой график функции y= x2? Обладает ли он симметрией? Сделайте чертеж. Укажите область определения и множество значений функции.
  5. Какая линия на плоскости задана уравнением x2+y2+4x-6y+13=0. Имеет ли она центр или ось симметрии?
  6. Постройте график дробно-линейной функции y=(-2x-5)/(x+3). Можно ли его получить композицией движений из графика y=1/x. Укажите центр или ось симметрии, если они есть.

Отметка “5” ставиться за любые пять верно выполненных задания.

Геометрия

  1. Какие правильные многоугольники имеют центр симметрии?
  2. Сколько осей симметрии имеет отрезок? Сделайте чертеж.
  3. Докажите, что если два равных отрезка параллельны, то существует точка О, относительно которой они симметричны.
  4. Две окружности разного радиуса пересекаются в точках А и В. Докажите, что их общая хорда АВ симметрична сама себе относительно линии центров данных окружностей.
  5. Найдите координаты образа точки А(1;6), полученной с помощью композиций следующих движений:
    1. центральной симметрии относительно точки М(2;3);
    2. осевой симметрии относительно прямой у=х;
    3. поворота на угол 90° вокруг начала координат в направлении по часовой стрелке.
  6. Сделайте чертеж.
  7. 6. На сторонах параллелограмма ABCD построены вне его равносторонние треугольники ABM, BCN, CDP, ADQ. Докажите, что MNPQ – параллелограмм.

Отметка “5” ставиться за любые пять верно, выполненных задач.

Подведение итогов:

Сегодня на уроке мы рассмотрели различные проявления симметрии. Мы увидели, что узоры симметрии живут полнокровной жизнью в музыке, в стилях архитектуры и в предметах домашнего обихода. Модели симметричных форм доставляют нам истинное удовольствие. Ведь они говорят о красоте и гармонии.

Я желаю вам огромных успехов и гармонии в отношениях с родными и близкими. Будьте здоровы и счастливы.

До свидания. Спасибо за урок!

ЛИТЕРАТУРА

[1] Виленкин Н.Я. За страницами учебника математики. Арифметика. Алгебра. Геометрия. Книга для учащихся 10 – 11 классов общеобразовательных учреждений: Москва “Просвещение” АО “Учебная литература” 1996.