Trong toán học, phép di chuyển hành khách từ vị trí A đến vị trí B theo một hướng cố định được gọi là phép dời hình.

a) Với mỗi điểm M có một điểm M' duy nhất là hình chiếu vuông góc của điểm M trên đường thẳng d cho trước.

b) Không có điểm nào của mặt phẳng không có hình chiếu vuông góc trên đường thẳng d.

Cách xác định điểm M' trong mặt phẳng sao cho $\overrightarrow{MM\text{'}}=\overrightarrow{u}$:

- Qua M kẻ đường thẳng d song song với giá của vectơ $\overrightarrow{u}$ (hoặc trùng với giá của vectơ $\overrightarrow{u}$ nếu điểm M thuộc giá của vectơ $\overrightarrow{u}$).

- Trên đường thẳng d, lấy điểm M' sao cho MM' = $\left|\overrightarrow{u}\right|$, và hướng từ M đến M' cùng hướng với vectơ $\overrightarrow{u}$. (Tham khảo Hình 3)

Ảnh của đường tròn (C) qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(3;4\right)$ là một đường tròn bán kính bằng 3, gọi là (C').

Gọi O' là tâm của (C'). Ta có O' là ảnh của O qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(3;4\right)$ nên $\overrightarrow{OO\text{'}}=\overrightarrow{u}=\left(3;4\right)$. Suy ra O'(3; 4). 

Vậy ảnh của đường tròn (C) là đường tròn (C') có tâm O'(3; 4), bán kính bằng 3.

Cách xác định điểm M' sao cho d là đường trung trực của đoạn thẳng MM':

- Qua M kẻ đường thẳng d' vuông góc với đường thẳng d tại H.

- Trên d', lấy điểm M' sao cho MH = M'H.

Khi đó đường thẳng d vuông góc với MM' tại trung điểm H của MM' nên d là đường trung trực của đoạn thẳng MM'.

a) Với mỗi điểm M(x1; y1) ta có M'(x1'; y1') là ảnh của điểm M qua phép đối xứng trục Ox thì $\left\{\begin{array}{l}{x}_1\text{'}=x_1\\ y_1\text{'}=-y_1\end{array}\right.$.

Do đó M'(x1; – y1) và N'(x2; – y2).

b) Ta có: $MN=\sqrt{{\left(x_2-x_1\right)}^2+{\left(y_2-y_1\right)}^2}$;

a) Ta xác định được các điểm A', B', C' lần lượt là ảnh của các điểm thẳng hàng A, B, C qua phép đối xứng trục d như trên hình vẽ dưới đây.

b) Từ hình vẽ ta thấy 3 điểm A', B', C' thẳng hàng và điểm B' nằm giữa hai điểm A' và C'.

Ảnh của cánh sao màu vàng có các đỉnh D, I, P qua phép đối xứng trục d trong Hình 12 là cánh sao màu vàng có các đỉnh C, I, Q.

Ảnh của đường tròn (C) qua phép đối xứng trục Ox là một đường tròn có bán kính R' = R = 2, gọi là (C').

Gọi I' là tâm của đường tròn (C'). Ta có I' là ảnh của I qua phép đối xứng trục Ox, suy ra I'(3; – 2). Vậy ảnh của đường tròn (C) qua phép đối xứng trục Ox là đường tròn (C') có tâm I'(3; – 2), bán kính R' = 2.

Đường thẳng d đi qua trung điểm hai háy của hình thang cân ABCD nên đường thẳng d là đường trung trực của các đoạn thẳng AB và CD.

Khi đó, ta có phép đối xứng trục d biến các điểm A, B, C, D tương ứng thành các điểm B, A, D, C nên phép đối xứng trục d biến hình thang cân ABCD thành hình thang cân BADC hay hình thang cân ABCD là ảnh của chính nó qua phép đối xứng trục d.

Như vậy, ℋ ' ≡ ℋ hay phép đối xứng trục d biến hình ℋ thành chính nó.

Cách xác định:

Lấy điểm I trong mặt phẳng, với mỗi điểm M bất kì, ta vẽ đường thẳng MI, trên đường thẳng này, ta lấy điểm M' sao cho MI = M'I và điểm I nằm giữa hai điểm M và M'. Khi đó I là trung điểm của đoạn thẳng MM' (hay M' là điểm đối xứng với M qua điểm I).

a) Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, điểm M'(x1'; y1') là ảnh của điểm M(x1; y1) qua phép đối xứng tâm O, khi đó $\left\{\begin{array}{l}{x}_1\text{'}=-x_1\\ y_1\text{'}=-y_1\end{array}\right.$.

Do đó, M'(– x1; – y1) và N'(– x2; – y2).

b) Ta có: $MN=\sqrt{{\left(x_2-x_1\right)}^2+{\left(y_2-y_1\right)}^2}$;

$M\text{'}N\text{'}=\sqrt{{\left(\left(-x_2\right)-\left(-x_1\right)\right)}^2+{\left(\left(-y_2\right)-\left(-y_1\right)\right)}^2}$$=\sqrt{{\left(-\left(x_2-x_1\right)\right)}^2+{\left(-\left(y_2-y_1\right)\right)}^2}$$=\sqrt{{\left(x_2-x_1\right)}^2+{\left(y_2-y_1\right)}^2}$.

Từ đó suy ra MN = M'N'.

a) Ta xác định được các điểm A', B', C' lần lượt là ảnh của ba điểm thẳng hàng A, B, C qua phép đối xứng tâm I như trên hình vẽ dưới đây.

b) Từ hình vẽ ta thấy 3 điểm A', B', C' thẳng hàng và điểm B' nằm giữa hai điểm A' và C'.

Ảnh của đường tròn (C) qua phép đối xứng tâm S(2; 1) là một đường tròn có bán kính R' = R = 2, gọi là (C').

Gọi I' là tâm của đường tròn (C'). Khi đó ta có I' là ảnh của điểm I qua phép đối xứng tâm S(2; 1). Suy ra S là trung điểm của II'. Do đó $\left\{\begin{array}{l}{x}_{I\text{'}}=2x_S-x_I=2.2-2=2\\ y_{I\text{'}}=2y_S-y_I=2.1-3=-1\end{array}\right.$ nên I'(2; – 1).

Vậy ảnh của đường tròn (C) qua phép đối xứng tâm S(2; 1) là đường tròn (C') có tâm I'(2;– 1) và bán kính R' = 2. 

Ảnh của đường tròn (C) qua phép quay tâm S(– 1; 1) với góc quay φ = 90° là một đường tròn có bán kính R' = R = 2, gọi là (C').

Gọi I' là tâm của đường tròn (C'). Khi đó ta có I' là ảnh của I qua phép quay tâm S(– 1; 1) với góc quay φ = 90°. Suy ra I'(– 3; 4).

Vậy ảnh đường tròn (C) qua phép quay tâm S(– 1; 1) với góc quay φ = 90° là đường tròn (C') có tâm I'(– 3; 4), bán kính R' = 2.

a) Lấy điểm M, sao cho M(5; 0). Khi đó $\overrightarrow{OM}=\left(5;0\right)=\overrightarrow{u}$.

Lấy các điểm A1 và B1 sao cho $\overrightarrow{A{A}_1}=\overrightarrow{OM}$ và $\overrightarrow{B{B}_1}=\overrightarrow{OM}$. Khi đó $\overrightarrow{{\text{AA}}_1}=\overrightarrow{B{B}_1}=\overrightarrow{u}$ nên A1, B1 lần lượt là ảnh của A, B qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(5;0\right)$. Vậy đoạn thẳng A1B1 là ảnh của đoạn thẳng AB qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(5;0\right)$.

b) Từ A1, kẻ đường thẳng vuông góc với Ox, trên đường thẳng này lấy A2 khác phía với A1 đối với Ox sao cho khoảng cách từ A1 đến Ox bằng khoảng cách từ A2 tới Ox. Khi đó Ox là đường trung trực của đoạn thẳng A1A2.

Tương tự, dựng B2 sao cho Ox là đường trung trực của đoạn thẳng B1B2.

Khi đó ta có phép đối xứng trục Ox biến các điểm A1, B1 tương ứng thành các điểm A2, B2. Vậy đoạn thẳng A2B2 là ảnh của đoạn thẳng A1B1 qua phép đối xứng trục Ox.

c) Phép quay với góc quay – 90° có chiều quay cùng chiều kim đồng hồ.

Qua O, vẽ đường thẳng vuông góc với O­A2, trên đường thẳng này lấy điểm A3 sao cho OA2 = OA3 và góc quay từ A2 đến A3 theo chiều kim đồng hồ. Khi đó A3 là ảnh của điểm A2 qua phép quay tâm O, góc quay – 90°. Tương tự, xác định được điểm B3 là ảnh của điểm B2 qua phép quay tâm O, góc quay – 90°. Vậy đoạn thẳng A3B3 là ảnh của đoạn thẳng A2B2 qua phép quay tâm O với góc quay φ = – 90°.

d) Vì phép tịnh tiến bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì nên AB = A1B1.

Vì phép đối xứng trục bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì nên A1B1 = A2B2.

Vì phép quay bảo toàn khoảng cách giữa hai điểm bất kì nên A2B2 = A3B3.

Do đó, AB = A1B1 = A2B2 = A3B3.

Ảnh của đường tròn (C) qua phép đối xứng tâm O là một đường tròn có bán kính bằng 1, gọi là (C').

Gọi I' là tâm của đường tròn (C'), khi đó I' là ảnh của I qua phép đối xứng tâm O. Suy ra I'(3; – 2). Do vậy, đường tròn (C') có tâm I'(3; – 2) và bán kính bằng 1.

Ảnh của đường tròn (C') qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(-1;3\right)$ là một đường tròn có bán kính bằng 1, gọi là (C").

Gọi I" là tâm của đường tròn (C"), khi đó I" là ảnh của I' qua phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}=\left(-1;3\right)$, suy ra $\left\{\begin{array}{l}{x}_{I"}=3+\left(-1\right)=2\\ y_{I"}=-2+3=1\end{array}\right.$ nên I"(2; 1). Do vậy, đường tròn (C") có tâm I"(2; 1) và bán kính bằng 1.

Vậy ảnh của đường tròn (C) qua phép dời hình f là đường tròn (C") có tâm I"(2; 1) và bán kính bằng 1.

a) Quan sát Hình 37, ta thấy phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{u}$ biến tam giác ABC thành tam giác A₁B₁C₁ và phép đối xứng trục d biến biến tam giác A₁B₁C₁ thành tam giác A₂B₂C₂.

b) Theo tính chất của phép tịnh tiến và phép đối xứng trục, ta suy ra

AB = A₁B₁ = A₂B₂, BC = B₁C₁ = B₂C₂, AC = A₁C₁ = A₂C₂.

Do đó, hai tam giác ABC và A₂B₂C₂ bằng nhau.

Phép đối xứng tâm là phép quay.

Thật vậy, cho điểm O, với mỗi điểm M, ta có M' là ảnh của điểm M qua phép đối xứng tâm O khi O là trung điểm của đoạn thẳng MM', suy ra OM = OM' và $\widehat{MOM\text{'}}=180°$.

Khi đó góc lượng giác (OM; OM') có số đo bằng (2k + 1)π và OM = OM' nên ta có phép quay tâm O, góc quay (2k + 1)π biến điểm M thành điểm M'.

Vậy phép đối xứng tâm O là phép quay Q(O, (2k + 1)π).

a) Lấy hai điểm A và B bất kì theo thứ tự thuộc d và d'. Khi đó phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{AB}$ sẽ biến d thành d'.

b) Vì có vô số cách chọn A ∈ d và B ∈ d' nên có vô số phép tịnh tiến biến d thành d'.

a) Hai đường tròn (O₁; R) và (O₂; R) có cùng bán kính. Ta có phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{O_1{O}_2}$ biến điểm tâm O₁ thành tâm O₂.

Như vậy, phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{O_1{O}_2}$ biến đường tròn (O₁; R) thành đường tròn (O₂; R).

b) Ta có: O₁A = O₂A = R nên A là trung điểm của O₁O₂. Do đó, có phép đối xứng tâm A biến O₁ thành O₂.

Như vậy, phép đối xứng tâm O biến đường tròn (O₁; R) thành đường tròn (O₂; R).

c)

Qua A, kẻ đường thẳng d vuông góc với O₁O­₂. Khi đó đường thẳng d là đường trung trực của đoạn thẳng O₁O₂. Do đó, ta có phép đối xứng trục d biến O₁ thành O₂.

Như vậy, phép đối xứng trục d biến đường tròn (O₁; R) thành đường tròn (O₂; R).

+) Đặt các điểm như hình vẽ.

Ta thấy đường tròn nhỏ tâm O có các đường kính CD, EF, GH nên O là trung điểm của CD, EF, GH. Đường tròn lớn tâm O có các đường kính MN, LK, IJ nên O là trung điểm của MN, LK, IJ.

Do đó, ta có phép đối xứng tâm O biến các điểm C, M, E, J, G, L, D tương ứng thành các điểm D, N, F, I, H, K, C.

Từ đó suy ra phép đối xứng tâm O biến các tam giác CME, EJG, GLD, FDN, FHI, KHC tương ứng thành các tam giác DNF, FIH, HKC, ECM, EGJ, LGD hay chính là phép đối xứng tâm O biến mỗi tam giác được tô màu thành tam giác cùng màu với nó.

+) Đặt các điểm như hình vẽ:

- Phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{AB}$ biến các tam giác IAJ, EJC, CGB, AKL, LDF, BDH lần lượt thành các tam giác CBG, E'GC', C'G'B', BDH, HD'F', B'D'H'.

- Phép đối xứng tâm B biến các tam giác CBG, E'GC', C'G'B', BDH, HD'F', B'D'H' lần lượt thành các tam giác HBD, FDL, LKA, BGC, CJE, AJI.

Do đó, ta có phép dời hình F có được bằng cách thực hiện liên tiếp phép tịnh tiến theo vectơ $\overrightarrow{AB}$ và phép đối xứng tâm B ($T_{\overrightarrow{AB}}$ trước, ĐB sau) biến các tam giác IAJ, EJC, CGB, AKL, LDF, BDH lần lượt thành các tam giác HBD, FDL, LKA, BGC, CJE, AJI hay chính là phép dời hình F đó biến mỗi tam giác được tô màu thành tam giác cùng màu với nó.

Đặt các điểm như hình vẽ.

a) Ta thấy đường tròn nhỏ tâm O có các đường kính CD, EF, MN nên O là trung điểm của CD, EF, MN. Đường tròn lớn tâm O có các đường kính GH, LK, IJ nên O là trung điểm của GH, LK, IJ.

Do đó, ta có phép đối xứng tâm O biến các điểm I, K, N, H, F, D, J tương ứng thành các điểm J, L, M, G, E, C, I.

Từ đó suy ra phép đối xứng tâm O biến các tam giác IKN, KHF, HJD tương ứng thành các tam giác JLM, LGE, GIC hay chính là phép đối xứng tâm O biến mỗi tam giác được tô màu thành tam giác cùng màu với nó.

b) Ta có $\widehat{KOJ}=\frac{360°}{3}=120°$ và OK = OJ nên ta có phép quay tâm O với góc quay – 120° biến điểm K thành điểm J.

Ta có $\widehat{HOL}=120°$ và OH = OL nên ta có phép quay tâm O với góc quay – 120° biến điểm H thành điểm L.

Ta có $\widehat{FOM}=120°$ và OF = OM nên ta có phép quay tâm O với góc quay – 120° biến điểm F thành điểm M.

Do đó, ta có phép quay tâm O với góc quay – 120° biến tam giác KHF thành tam giác JLM.

Tương tự, ta có phép quay tâm O với góc quay – 120° biến tam giác LGE thành tam giác IKN.

Như vậy, phép quay tâm O với góc quay – 120° biến mỗi tam giác được tô màu xanh thành tam giác được tô màu vàng.

a) Điểm B(6; 3) đối xứng với điểm C qua trục hoành Ox nên C là ảnh của B qua phép đối xứng trục Ox. Do đó C(6; – 3).

b) Vì C là ảnh của điểm B qua phép đối xứng trục Ox nên Ox là đường trung trực của đoạn thẳng BC, do đó điểm M thuộc đường trung trực Ox của BC thì M cách đều B và C, suy ra MB = MC.

c)

Vì MB = MC nên MA + MB = MA + MC.

Do A và C nằm khác phía nhau đối với trục Ox và M thuộc Ox nên MA + MC ≥ AC.

Dấu “=” xảy ra khi M thuộc AC.

Như vậy M là giao điểm của AC và Ox thì tổng MA + MB đạt giá trị nhỏ nhất bằng AC.

Ta có: $OA=\sqrt{6^2+0^2}=6$, $BC=\sqrt{{\left(6-6\right)}^2+{\left(-3-3\right)}^2}=6$. 

Gọi D là giao điểm của BC và Ox, khi đó CD = $\frac{1}{2}$BC = 3 và OA // CD.

Suy ra $\frac{OM}{MD}=\frac{OA}{CD}=\frac{6}{3}=2$. Suy ra OM = 2MD nên OM = $\frac{2}{3}$OD = $\frac{2}{3}$.6 = 4.

Do đó, M(4; 0).

Vậy M(4; 0) thì tổng MA + MB đạt giá trị nhỏ nhất.