«Точка симметрии» - Симметрия в архитектуре. Примеры симметрии плоских фигур. Две точки А и А1 называются симметричными относительно О, если О середина отрезка АА1. Примерами фигур, обладающих центральной симметрией, являются окружность и параллелограмм. Точка C называется центром симметрии. Симметрия в науке и технике.

«Построение геометрических фигур» - Воспитательный аспект. Контроль и коррекция усвоения. Изучение теории, на которой основан метод. В стереометрии – не строгие построения. Стереометрические построения. Алгебраический метод. Метод преобразований (подобия, симметрии, параллельного переноса и т.п.). Например: прямая; биссектриса угла; серединный перпендикуляр.

«Фигура человека» - Форму и движения тела человека во многом определяет скелет. Ярмарка с театральным представлением. Как вы думаете, найдется ли работа для художника в цирке? Скелет играет роль каркаса в строении фигуры. Главное Тело(живот, грудь) Не обращали внимания Голова, лицо, руки. А. Матис. Пропорции. Древняя Греция.

«Симметрия относительно прямой» - Симметрия относительно прямой называется осевой симметрией. Прямая а – ось симметрии. Симметрия относительно прямой. Булавин Павел, 9В класс. Сколько осей симметрии имеет каждая фигура? Фигура может иметь одну или несколько осей симметрии. Центральная симметрия. Равнобедренная трапеция. Прямоугольник.

«Площади фигур геометрия» - Теорема Пифагора. Площади различных фигур. Решите ребус. Фигуры имеющие равные площади называются равновеликими. Единицы измерения площадей. Площадь треугольника. Прямоугольник, треугольник, параллелограмм. Квадратный сантиметр. Фигуры равной площади. Равные фигуры б). Квадратный миллиметр. в). чему будет равна площадь фигуры составленной из фигур А и Г.

«Предел функции в точке» - , То в таком случае. При стремлении. Предел функции в точке. Непрерывна в точке. Равен значению функции в. Но при вычислении предела функции при. Равен значению. Выражение. Стремлении. Или можно сказать так: в достаточно малой окрестности точки. Составлено из. Решение. Непрерывна на промежутках. На промежутке.

Определение симметрии;

• Определение симметрии;

• Центральная симметрия;

• Осевая симметрия;

• Симметрия относительно плоскости;

• Симметрия вращения;

• Зеркальная симметрия;

• Симметрия подобия;

• Симметрия растений;

• Симметрия животных;

• Симметрия в архитектуре;

• Человек – существо симметричное?

• Симметрия слов и чисел;

СИММЕ́ТРИЯ

• СИММЕ́ТРИЯ - соразмерность, одинаковость в расположении частей чего-нибудь по противоположным сторонам от точки, прямой или плоскости.

• (Толковый словарь Ожегова)

• Итак, геометрический объект считается симметричными, если с ним можно сделать что-то такое, после чего он останется неизменным.

О О О называется центром симметрии фигуры .

• Фигура называется симметричной относительно точки О , если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно точки О также принадлежит этой фигуре. Точка О называется центром симметрии фигуры .

окружность и параллелограмм центр окружности ). График нечётной функции

Примерами фигур, обладающих центральной симметрией, являются окружность и параллелограмм . Центром симметрии окружности является центр окружности , а центром симметрии параллелограмма – точка пересечения его диагоналей . Любая прямая также обладает центральной симметрией (любая точка прямой является её центром симметрии ). График нечётной функции симметричен относительно начала координат.

• Примером фигуры, не имеющей центра симметрии, является произвольный треугольник .

а а a называется осью симметрии фигуры .

• Фигура называется симметричной относительно прямой а , если для каждой точки фигуры симметричная ей точка относительно прямой а также принадлежит этой фигуре. Прямая a называется осью симметрии фигуры .

У неразвернутого угла одна ось симметрии биссектриса угла одну ось симметрии три оси симметрии по две оси симметрии , а квадрат- четыре оси симметрии относительно оси ординат .

У неразвернутого угла одна ось симметрии - прямая, на которой расположена биссектриса угла . Равнобедренный треугольник имеет также одну ось симметрии , а равносторонний треугольник- три оси симметрии . Прямоугольник и ромб, не являющиеся квадратами, имеют по две оси симметрии , а квадрат- четыре оси симметрии . У окружности их бесконечно много. График чётной функции при построении симметричен относительно оси ординат .

• Имеются фигуры, у которых нет ни одной оси симметрии. К таким фигурам относятся параллелограмм , отличный от прямоугольника, разносторонний треугольник .

Точки А и А1 а а АА1 и перпендикулярна а считается симметричной самой себе

Точки А и А1 называются симметричными относительно плоскости а (плоскость симметрии), если плоскость а проходит через середину отрезка АА1 и перпендикулярна к этому отрезку. Каждая точка плоскости а считается симметричной самой себе . Две фигуры называются симметричными относительно плоскости (или зеркально-симметричными относительно), если они состоят из попарно симметричных точек. Это значит, что для каждой точки одной фигуры симметричная ей (относительно) точка лежит в другой фигуре.

Тело (или фигура) обладает симметрией вращения , если при повороте на угол 360º/n, где n целое число полностью совмещается

• Тело (или фигура) обладает симметрией вращения , если при повороте на угол 360º/n, где n целое число , около некоторой прямой АВ (ось симметрии) оно полностью совмещается со своим исходным положением.

• Радиальная симметрия – форма симметрии, сохраняющаяся при вращении объекта вокруг определённой точки или прямой. Часто эта точка совпадает с центром тяжести объекта, то есть той точкой, в которой пересекается бесконечное количество осей симметрии. Подобными объектами могут быть круг, шар, цилиндр или конус .

Зеркальная симметрия связывает любой

Зеркальная симметрия связывает любой предмет и его отражение в плоском зеркале . Говорят, что одна фигура (или тело) зеркально симметрично другой, если вместе они образуют зеркально симметричную фигуру (или тело). Симметрично зеркальные фигуры при всём своём сходстве существенно отличаются друг от друга. Две зеркально симметричные плоские фигуры всегда можно наложить друг на друга. Однако для этого необходимо вывести одну из них (или обе) из их общей плоскости.

Симметрия подобия матрешки .

• Симметрия подобия представляют собой своеобразные аналоги предыдущих симметрий с той лишь разницей, что они связаны с одновременным уменьшением или увеличением подобных частей фигуры и расстояний между ними . Простейшим примером такой симметрии являются матрешки .

• Иногда фигуры могут обладать разными типами симметрии. Например, поворотной и зеркальной симметрией обладают некоторые буквы: Ж , Н , М , О , А .

• Существует много других видов симметрий, имеющих абстрактный характер. Например:

• Перестановочная симметрия , которая состоит в том, что если тождественные частицы поменять местами, то никаких изменений не происходит;

• Калибровочные симметрии связаны с изменением масштаба . В неживой природе симметрия прежде всего возникает в таком явлении природы, как кристаллы , из которых состоят практически все твердые тела. Именно она и определяет их свойства. Самый очевидный пример красоты и совершенства кристаллов - это известная всем снежинка .

С симметрией мы встречаемся везде: в природе, технике, искусстве, науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы также подчиняются принципам симметрии.

осью симметрии .

• Многие цветы обладают интересным свойством: их можно повернуть так, что каждый лепесток займёт положение соседнего, цветок же совместится с самим собой. Такой цветок обладает осью симметрии .

• Винтовая симметрия наблюдается в расположении листьев на стеблях большинства растений. Располагаясь винтом по стеблю, листья как бы раскидываются во все стороны и не заслоняют друг друга от света, крайне необходимого для жизни растений.

• Билатеральной симметрией обладают также органы растений, например, стебли многих кактусов. В ботанике часто встречаются радиально симметрично построенные цветы.

разделяющей линии.

• Под симметрией у животных понимают соответствие в размерах, форме и очертаниях, а также относительное расположение частей тела, находящихся на противоположных сторонах разделяющей линии.

• Основными типами симметрии являются радиальная (лучевая) – ей обладают иглокожие, кишечнополостные, медузы и др.; или билатеральная (двусторонняя) - можно сказать, что каждое животное (будь то насекомое, рыба или птица) состоит из двух половин – правой и левой.

• Сферическая симметрия имеет место у радиолярий и солнечников. Любая плоскость, проведённая через центр, делит животное на одинаковые половинки.

• Симметрия сооружения связывается с организацией его функций. Проекция плоскости симметрии - ось здания - определяет обычно размещение главного входа и начало основных потоков движения.

• Каждая деталь в симметричной системе существует как двойник своей обязательной паре , расположенной по другую сторону оси, и благодаря этому она может рассматриваться лишь как часть целого.

• Наиболее распространена в архитектуре зеркальная симметрия . Ей подчинены постройки Древнего Египта и храмы античной Греции, амфитеатры, термы, базилики и триумфальные арки римлян, дворцы и церкви Ренессанса, равно как и многочисленные сооружения современной архитектуры.

акценты

• Для лучшего отражения симметрии на сооружениях ставятся акценты - особо значимые элементы (купола, шпили, шатры, парадные входы и лестницы, балконы и эркеры).

• Для оформления убранства архитектуры применяют орнамент – ритмично повторяющийся рисунок, основанный на симметричной композиции его элементов и выражаемый линией, цветом или рельефом. Исторически сложилось несколько типов орнаментов на основе двух источников – природных форм и геометрических фигур.

• Но архитектор – прежде всего художник. И потому даже самые «классические» стили чаще использовали дисимметрию – нюансное отклонение от чистой симметрии или асимметрию – нарочито несимметричное построение.

• Никто не усомнится, что внешне человек построен симметрично: левой руке всегда соответствует правая и обе руки совершенно одинаковы. Но сходство между нашими руками, ушами, глазами и другими частями тела такое же, как между предметом и его отражением в зеркале.

правая его половина грубые черты , присущие мужскому полу. Левая половина

Многочисленные измерения параметров лица у мужчин и женщин показали, что правая его половина по сравнению с левой, имеет более выраженные поперечные размеры, что придает лицу более грубые черты , присущие мужскому полу. Левая половина лица имеет более выраженные продольные размеры, что придает ему плавность линий и женственность . Этот факт объясняет преимущественное желание лиц женского пола позировать перед художниками левой стороной лица, а лиц мужского пола - правой.

Палиндром

• Палиндром (от гр. Palindromos – бегущий обратно) – это некоторый объект, в котором задана симметрия составляющих от начала к концу и от конца к началу. Например, фраза или текст.

• Прямой текст палиндрома, читающийся в соответствии с нормальным направлением чтения в данной письменности (обычно слева направо), называется прямоходом , обратный – ракоходом или реверсом (справа налево). Некоторые числа также обладают симметрией.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

МНОГОГРАННИКИ

V. ПОНЯТИЕ О СИММЕТРИИ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФИГУР

99. Центральная симметрия. Две фигуры называются симметричными относительно какой-либо точки О пространства, если каждой точке А одной фигуры соответствует в другой фигуре точка А", расположенная на прямой ОА по другую сторону от точки О, на расстоянии, равном расстоянию точки А от точки О (черт. 114). Точка О называется центром симметрии фигур.

Пример таких симметричных фигур в пространстве мы уже встречали (§ 53), когда, продолжая за вершину рёбра и грани многогранного угла, получали многогранный угол, симметричный данному. Соответственные отрезки и углы, входящие в состав двух симметричных фигур, равны между собой. Тем не менее фигуры в целом не могут быть названы равными: их нельзя совместить одну с другой вследствие того, что порядок расположения частей в одной фигуре иной, чем в другой, как это мы видели на примере симметричных многогранных углов.

В отдельных случаях симметричные фигуры могут совмещаться, но при этом будут совпадать несоответственные их части. Например, возьмём прямой трёхгранный угол (черт. 115) с вершиной в точке О и рёбрами ОХ, OY, OZ.

Построим ему симметричный угол ОХ"Y"Z". Угол OXYZ можно совместить с OX"Y"Z" так, чтобы ребро ОХ совпало с OY", а ребро OY c OX". Если же совместить соответственные рёбра ОХ с ОХ" и OY с OY", то рёбра OZ и OZ" окажутся направленными в противоположные стороны.

Если симметричные фигуры составляют в совокупности одно геометрическое тело, то говорят, что это геометрическое тело имеет центр симметрии. Таким образом, если данное тело имеет центр симметрии, то всякой точке, принадлежащей этому телу, соответствует симметричная точка, тоже принадлежащая данному телу. Из рассмотренных нами геометрических тел центр симметрии имеют, например: 1) параллелепипед, 2) призма, имеющая в основании правильный многоугольник с чётным числом сторон.

Правильный тетраэдр не имеет центра симметрии.

100. Симметрия относительно плоскости. Две пространственные фигуры называются симметричными относительно плоскости Р, если каждой точке А в одной фигуре соответствует в другой точка А", причём отрезок АА" перпендикулярен к плоскости Р и в точке пересечения с этой плоскостью делится пополам.

Теорема. Всякие два соответственных отрезка в двух симметричных фигурах равны между собой.

Пусть даны две фигуры, симметричные относительно плоскости Р. Выделим две какие-нибудь точки А и В первой фигуры, пусть А" и В" - соответствующие им точки второй фигуры (черт. 116, на чертеже фигуры не изображены).

Пусть далее С- точка пересечения отрезка АА" с плоскостью Р, D - точка пересечения отрезка ВВ" с той же плоскостью. Соединив прямолинейным отрезком точки С и D, получим два четырёхугольника ABDC и A"B"DC. Так как AС = A"С, BD = B"D и
/ ACD = / ACD, / BDC = / В"DC, как прямые углы, то эти четырёхугольники равны (в чём легко убеждаемся наложением). Следовательно, АВ = А"В". Из этой теоремы непосредственно вытекает, что соответствующие плоские и двугранные углы двух фигур, симметричных относительно плоскости, равны между собой. Тем не менее совместить эти две фигуры одну с другой так, чтобы совместились их соответственные части, невозможно, так как порядок расположения частей в одной фигуре обратный тому, котoрый имеет место в другой (это будет доказано ниже, § 102). Простейшим примером двух фигур, симметричных относительно плоскости, являются: любой предмет и его отражение в плоском зеркале; всякая фигура, симметрична со своим зеркальным отражением относительно плоскости зеркала.

Если какое-либо геометрическое тело можно разбить на две части, симметричные относительно некоторой плоскости, то эта плоскость называется плоскостью симметрии данного тела.

Геометрические тела, имеющие плоскость симметрии, чрезвычайно распространены в природе и в обыденной жизни. Тело человека и животного имеет плоскость симметрии, разделяющую его на правую и левую части.

На этом примере особенно ясно видно, что симметричные фигуры нельзя совместить. Так, кисти правой и левой рук симметричны, но совместить их нельзя, что можно видеть хотя бы из того, что одна и та же перчатка не может подходить и к правой и к левой руке. Большое число предметов домашнего обихода имеет плоскость симметрии: стул, обеденный стол, книжный шкаф, диван и др. Некоторые, как например обеденный стол, имеют даже не одну, а две плоскости симметрии (черт. 117).

Обычно, рассматривая предмет, имеющий плоскость симметрии, мы стремимся занять по отношению к нему такое положение, чтобы плоскость симметрии нашего тела, или по крайней мере нашей головы, совпала с плоскостью симметрии самого предмета. В этом случае. симметричная форма предмета становится особенно заметной.

101. Симметрия относительно оси. Ось симметрии второго порядка. Две фигуры называются симметричными относительно оси l (ось-прямая линия), если каждой точке А первой фигуры соответствует точка А" второй фигуры, так что отрезок АА" перпендикулярен к оси l, пересекается с нею и в точке пересечения делится пополам. Сама ось l называется осью симметрии второго порядка.

Из этого определения непосредственно следует, что если два геометрических тела, симметричных относительно какой-либо оси, пересечь плоскостью, перпендикулярной к этой оси, то в сечении получатся две плоские фигуры, симметричные относительно точки пересечения плоскости с осью симметрии тел.

Отсюда далее легко вывести, что два тела, симметричных относительно оси, можно совместить одно с другим, вращая одно из них на 180° вокруг оси симметрии. В самом деле, вообразим все возможные плоскости, перпендикулярные к оси симметрии.

Каждая такая плоскость, пересекающая оба тела, содержит фигуры, симметричные относительно точки встречи плоскости с осью симметрии тел. Если заставить скользить секущую плоскость саму по себе, вращая её вокруг оси симметрии тела на 180°, то первая фигура совпадает со второй.

Это справедливо для любой секущей плоскости. Вращение же всех сечений тела на 180° равносильно повороту всего тела на 180° вокруг оси симметрии. Отсюда и вытекает справедливость нашего утверждения.

Если после вращения пространственной фигуры вокруг некоторой прямой на 180° она совпадает сама с собой, то говорят, что фигура имеет эту прямую своею осью симметрии второго порядка.

Название "ось симметрии второго порядка "объясняется тем, что при полном обороте вокруг этой оси тело будет в процессе вращения дважды принимать положение, совпадающее с исходным (считая и исходное). Примерами геометрических тел, имеющих ось симметрии второго порядка, могут служить:
1) правильная пирамида с чётным числом боковых граней; осью её симметрии служит её высота;
2) прямоугольный параллелепипед; он имеет три оси симметрии: прямые, соединяющие центры его противоположных граней;
3) правильная призма с чётным числом боковых граней. Осью её симметрии служит каждая прямая, соединяющая центры любой пары её противоположных граней (боковых граней и двух оснований призмы). Если число боковых граней призмы 2k , то число таких осей симметрии будет k + 1. Кроме того, осью симметрии для такой призмы служит каждая прямая, соединяющая середины её противоположных боковых рёбер. Таких осей симметрии призма имеет А.

Таким образом, правильная 2k -гранная призма имеет 2k +1 осей, симметрии.

102. Зависимость между различными видами симметрии в пространстве. Между различными видами симметрии в пространстве - осевой, плоскостной и центральной - существует зависимость, выражаемая следующей теоремой.

Теорема. Если фигура F симметрична с фигурой F" относительно плоскости Р и в то же время симметрична с фигурой F" относительно точки О, лежащей в плоскости Р, то фигуры F" и F" симметричны относительно оси, проходящей ч ерез точку О и перпендикулярной к плоскости Р.

Возьмём какую-нибудь точку А фигуры F (черт. 118). Ей соответствует точка А" фигуры F" и точка А" фигуры F" (сами фигуры F, F" и F" на чертеже не изображены).

Пусть B - точка пересечения отрезка АА" с плоскостью Р. Проведeм плоскость через точки А, А" и О. Эта плоскость будет перпендикулярна к плоскости Р, так как проходит через прямую АА", перпендикулярную к этой плоскости. В плоскости АА"О проведём прямую ОН, перпендикулярную к ОВ. Эта прямая ОН будет перпендикулярна и к плоскости Р. Пусть далее С-точка пересечения прямых А"А" и ОН.

B треугольнике АА"А"" отрезок ВО соединяет середины сторон АА" и АА", следовательно, ВО || А"А", но ВО_|_ОН, значит, А"А"_|_ОН. Далее, так как О -середина стороны АA", и СО || АА", то А"С = А"С. Отсюда заключаем, что точки А" и А" симметричны относительно оси ОН. То же самое справедливо и для всех других точек фигуры. Значит, наша теорема доказана. Из этой теоремы непосредственно следует, что две фигуры, симметричные относительно плоскости, не могут быть совмещены так, чтобы совместились их соответственные части. В самом деле, фигура F" совмещается с F" путём вращения вокруг оси ОН на 180°. Но фигуры F" и F не могут быть совмещены как симметричные относительно точки, следовательно, фигуры F и F" также не могут быть совмещены.

103. Оси симметрии высших порядков. Фигура, имеющая ось симметрии, совмещается сама с собой после поворота вокруг оси симметрии на угол в 180°. Но возможны случаи, когда фигура приходит к совмещению с исходным положением после поворота вокруг некоторой оси на угол, меньший 180°. Таким образом, если тело сделает полный оборот вокруг этой оси, то в процессе вращения оно несколько раз совместится со своим первоначальным положением. Такая ось вращения называется осью симметрии высшего порядка, причём число положений тела, совпадающих с первоначальным, называется порядком оси симметрии. Эта ось может и не совпадать с осью симметрии второго порядка. Так, правильная треугольная пирамида не имеет оси симметрии второго порядка, но её высота служит для неё осью симметрии третьего порядка. В самом деле, после поворота этой пирамиды вокруг высоты на угол в 120° она совмещается сама с собой (черт. 119).

При вращении пирамиды вокруг высоты она может занимать три положения, совпадающие с исходным, считая и исходное. Легко заметить, что всякая ось симметрии чётного порядка есть в то же время ось симметрии второго порядка.

Примеры осей симметрии высших порядков:

1) Правильная n -угольная пирамида имеет ось симметрии n -го порядка. Этой осью служит высота пирамиды.

2) Правильная n -угольная призма имеет ось симметрии n -го порядка. Этой осью служит прямая, соединяющая центры оснований призмы.

104. Симметрия куба. Как и для всякого параллелепипеда, точка пересечения диагоналей куба есть центр его симметрии.

Куб имеет девять плоскостей симметрии: шесть диагональных плоскостей и три плоскости, проходящие через середины каждой четвёрки его параллельных рёбер.

Куб имеет девять осей симметрии второго порядка: шесть прямых, соединяющих середины его противоположных рёбер, и три прямые, соединяющие центры противоположных граней (черт. 120).

Эти последние прямые являются осями симметрии четвёртого порядка. Кроме того, куб имеет четыре оси симметрии третьего порядка, которые являются его диагоналями. В самом деле, диагональ куба АG (черт. 120), очевидно, одинаково наклонена к рeбрам АВ, АD и АЕ, а эти рёбра одинаково наклонены одно к другому. Ecли соединить точки В, D и Е, то получим правильную треугольную пирамиду АDВЕ, для которой диагональ куба AG служит высотой. Когда при вращении вокруг высоты эта пирамида будет совмещаться сама с собой, весь куб будет совмещаться со своим исходным положением. Других осей симметрии, как нетрудно убедиться, куб не имеет. Посмотрим, сколькими различными способами куб может быть совмещён сам с собой. Вращение вокруг обыкновенной оси симметрии даёт одно положение куба, отличное от исходного, при котором куб в целом совмещается сам с собой.

Вращение вокруг оси третьего порядка даёт два таких положения, и вращение вокруг оси четвёртого порядка - три таких положения. Так как куб имеет шесть осей второго порядка (это обыкновенные оси симметрии), четыре оси третьего порядка и три оси четвёртого порядка, то имеются 6 1 + 4 2 + 3 3 = 23 положения куба, отличные от исходного, при которых он совмещается сам с собой.

Легко убедиться непосредственно, что все эти положения отличны одно от другого, а также и от исходного положения куба. Вместе с исходным положением они составляют 24 способа совмещения куба с самим собой.

Учитель математики Кочкина Л.К.

Тема ОСЕВАЯ И ЦЕНТРАЛЬНАЯ СИММЕТРИИ

Цель задачи урока :

Научить строить симметричные точки и распознавать фигуры, обладающие осевой симметрией и центральной симметрией,формирование пространственных представлений учащихся. Развитие умения наблюдать и рассуждать; развитие интереса к предмету через использование информационных технологий. Развитие математической компетентности учащихся. Воспитание человека, умеющего ценить прекрасное.

Ожидаемый результат Ученики смогут строить симметричные фигуры относительно центра и прямой

Оборудование урока :

Использование информационных технологий (презентация).

Ход урока

I. Организационный момент.

Сообщить тему урока, сформулировать цели урока.

II. Показ презентации: «Симметричный мир» (д/з учащихся)

III. работа по теме урока (работа в группах)

Ученики самостоятельно выполняют задания. По завершению, обмениваются информацией.

1 вариант

п.47

осевая симметрия

2 вариант

п.47

центральная симметрия

Да Нет

Да Нет

Рассмотрим правила построения симметричных фигур .

1 .Центральная симметрия – это симметрия относительно точки.

Точки А и В симметричны относительно некоторой точки О, если точка О является серединой отрезка АВ.

Алгоритм построения центрально-симметричной фигуры

Построим треугольник А 1 В 1 С 1 , симметричный треугольнику АВС, относительно центра (точки) О.

Для этого:

Соединим точки А,В,С с центром О и продолжим эти отрезки;

2. Измерим отрезки АО, ВО, СО и отложим с другой стороны от точки О, равные им отрезки (АО=А 1 О 1 , ВО=В 1 О 1 , СО=С 1 О 1);

3.Соединим получившиеся точки отрезками А 1 В 1 , А 1 С 1 , В 1 С 1 .

4. Получили ∆А 1 В 1 С 1 симметричный ∆АВС.

Точка О называется центром симметрии фигуры, а фигура называется центрально-симметричной.

Задание №1 На рисунке изображена часть фигуры, центром симметрии которой является точка М. Объясните ее построение

Задание № 2 Проверьте правильность построения фигуры из №1 у соседа по парте. Постройте в его тетради четырехугольник и отметьте точку О, не принадлежащую этому четырехугольнику. Возьмите свою тетрадь обратно и постройте четырехугольник, симметричный данному относительно точки О.

Проверьте правильность выполненного задания.

2. Осевая симметрия – это симметрия относительно проведенной оси (прямой).

Точки А и В симметричны относительно некоторой прямой а, если эти точки лежат на прямой, перпендикулярной данной, и на одинаковом расстоянии.

Осью симметрии называется прямая при перегибании по которой «половинки» совпадут, а фигуру называют симметричной относительно некоторой оси.

Алгоритм построения фигуры, симметричной относительно некоторой прямой

Построим треугольник А 1 В 1 С 1 , симметричный треугольнику АВС относительно прямой а.

Для этого:

1. Проведем из вершин треугольника АВС прямые, перпендикулярные прямой а и продолжим их дальше.

2. Измерим расстояния от вершин треугольника до получившихся точек на прямой и отложим с другой стороны прямой такие же расстояния.

3. Соединим получившиеся точки отрезками А 1 В 1 , В 1 С 1 , В 1 С 1 .

4. Получили ∆ А 1 В 1 С 1 симметричный ∆АВС.

Задания по учебнику № 248-252,№261

выполнить построение фигуры, симметричной относительно прямой а (на доске и в тетрадях).

VI. Подведение итогов урока .

Рефлексия С какими видами симметрии вы познакомились на уроке?

Домашнее задание:

Определения повторить. Творческая работа: Исследовав русский алфавит (для 1 варианта) и латинский алфавит (для 2 варианта), выбрать те буквы, которые обладают симметрией. Оформить результаты исследований в формате А4. Те, кого заинтересовала данная тема, могут принять участие в творческом проекте «Симметрия в моей любимой школе»

Задание №4 Заполните таблицу:

Отрезок

Прямая

Луч

Квадрат

Один центр симметрии

Бесконечно много центров симметрии

Одна ось симметрии

Две оси симметрии

Четыре оси симметрии

Бесконечно много осей симметрии

1 вариант

п.47

осевая симметрия

2 вариант

п.47

центральная симметрия

Осевая симметрия – это симметрия относительно____________

Центральная симметрия – это симметрия относительно________________

Две точки А и А 1 называются симметричными относительно прямой а, если ____________

Две точки А и А 1 называются симметричными относительно точки О, если_____________

Прямая а называется_______________

Точка О называется_________________

Фигура называется симметричной относительно прямой а, если для каждой точки фигуры, симметричная ей точка принадлежит_________

Фигура называется симметричной относительно точки О, если для каждой точки фигуры, симметричная ей точка принадлежит________

Равны ли симметричные относительно прямой фигуры?

Да Нет

Равны ли симметричные относительно точки фигуры?

СИММЕТРИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ФИГУР

По словам известного немецкого математика Г. Вейля (1885-1955), "симметрия является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство".
Прекрасные образы симметрии демонстрируют произведения искусства: архитектуры, живописи, скульптуры и т. д.
Понятие симметрии фигур на плоскости рассматривалось в курсе планиметрии. В частности, определялись понятия центральной и осевой симметрии. Для пространственных фигур понятие симметрии определяется аналогичным образом.
Рассмотрим сначала центральную симметрию.
симметричными относительно точки O, называемой центром симметрии , если O является серединой отрезка AA". Точка O считается симметричной сама себе.
Преобразование пространства, при котором каждой точке A сопоставляется симметричная ей (относительно данной точки O) точка A" называется центральной симметрией . Точка O при этом называется центром симметрии .
Две фигуры Ф и Ф" называются центрально симметричными , если существует преобразование симметрии, переводящее одну из них в другую.
Фигура Ф называется центрально симметричной , если она центрально симметрична сама себе.
Например, параллелепипед центрально симметричен относительно точки пересечения его диагоналей. Шар и сфера центрально симметричны относительно своих центров.
Из правильных многогранников центрально симметричными являются куб, октаэдр, икосаэдр и додекаэдр. Тетраэдр не является центрально симметричной фигурой.
Рассмотрим некоторые свойства центральной симметрии.
Свойство 1. Если O 1 , O 2 – центры симметрии фигуры Ф, то точка O 3 , симметричная O 1 относительно O 2 также является центром симметрии этой фигуры.
Доказательство. Пусть A – точка пространства, A 2 – точка, симметричная ей, относительно O 2 , A 1 – точка, симметричная A 2 относительно O 1 и A 3 – точка симметричная A 1 относительно O 2 (рис. 1).

Тогда треугольники O 2 O 1 A 1 и O 2 O 3 A 3 , O 2 O 1 A 2 и O 2 O 3 A равны. Следовательно, A и A 3 симметричны относительно O 3 . Таким образом, симметрия относительно O 3 является композицией симметрий относительно O 2 , O 1 и O 2 . Следовательно, при этой симметрии фигура Ф переходит сама в себя, т.е. O 3 является центром симметрии фигуры Ф.

Следствие. Любая фигура или не имеет центра симметрии, или имеет один центр симметрии, или имеет бесконечно много центров симметрии

Действительно, если O 1 , O 2 – центры симметрии фигуры Ф, то точка O 3 , симметричная O 1 относительно O 2 также является центром симметрии этой фигуры. Аналогично, точка O 4 симметричная O 2 относительно O 3 также является центром симметрии фигуры Ф и т. д. Таким образом, в этом случае фигура Ф имеет бесконечно много центров симметрии.

Рассмотрим теперь понятие осевой симметрии .
Точки A и A" пространства называются симметричными относительно прямой a , называемой осью симметрии , если прямая a проходит через середину отрезка AA" и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка прямой a считается симметричной сама себе.
Преобразование пространства, при котором каждой точке A сопоставляется симметричная ей точка A" (относительно данной прямой a ), называется осевой симметрией . Прямая a при этом называется осью симметрии .
Две фигуры называются симметричными относительно прямой a , если преобразование симметрии относительно этой прямой переводит одну из них в другую.
Фигура Ф в пространстве называется симметричной относительно прямой a , если она симметрична сама себе.
Например, прямоугольный параллелепипед симметричен относительно прямой, проходящей через центры противоположных граней. Прямой круговой цилиндр симметричен относительно своей оси, шар и сфера симметричны относительно любых прямых, проходящих через их центры и т. д.
Куб имеет три оси симметрии, проходящих через центры противоположных граней и шесть осей симметрии, проходящих через середины противоположных ребер.
Тетраэдр имеет три оси симметрии, проходящих через середины противоположных ребер.
Октаэдр имеет три оси симметрии, проходящих через противоположные вершины и шесть осей симметрии, проходящих через середины противоположных ребер.
Икосаэдр и додекаэдр имеют по пятнадцать осей симметрии, проходящих через середины противоположных ребер.
Свойство 3. Если a 1 , a 2 – оси симметрии фигуры Ф, то прямая a 3 , симметричная a 1 относительно a 2 также является осью симметрии этой фигуры.

Доказательство аналогично доказательству Свойства 1.

Свойство 4. Если две пересекающиеся перпендикулярные прямые в пространстве являются осями симметрии данной фигуры Ф, то и прямая, проходящая через точку пересечения и перпендикулярная плоскости этих прямых также будет осью симметрии фигуры Ф.
Доказательство. Рассмотрим оси координат Ox , Oy , Oz . Симметрия относительно оси Ox x , y , z ) в точку фигуры Ф с координатами (x, –y, –z ). Аналогично, симметрия относительно оси Oy переводит точку фигуры Ф с координатами (x , –y , –z ) в точку фигуры Ф с координатами (–x, –y, z ) . Таким образом, композиция этих симметрий переводит точку фигуры Ф с координатами (x, y, z ) в точку фигуры Ф с координатами (–x, –y, z ). Следовательно, ось Oz является осью симметрии фигуры Ф.

Следствие. Любая фигура в пространстве не может иметь четное (ненулевое) число осей симметрии.
Действительно, зафиксируем какую-нибудь ось симметрии a . Если b – ось симметрии, не пересекает a или пересекает ее не под прямым углом, то для нее найдется еще одна ось симметрии b’ , симметричная относительно a . Если же ось симметрии b пересекает a под прямым углом, то для нее найдется еще одна ось симметрии b’ , проходящая через точку пересечения и перпендикулярная плоскости прямых a и b . Следовательно, кроме оси симметрии a возможно или четное или бесконечное число осей симметрии. Таким образом, общее четное (ненулевое) число осей симметрии невозможно.
Помимо осей симметрии, определенных выше, рассматриваются также оси симметрии n -го порядка , n 2 .
Прямая a называется осью симметрии n -го порядка фигуры Ф, если при повороте фигуры Ф вокруг прямой a на угол фигура Ф совмещается сама с собой.

Ясно, что ось симметрии 2-го порядка является просто осью симметрии.
Например, в правильной n -угольной пирамиде прямая, проходящая через вершину и центр основания, является осью симметрии n -го порядка.
Выясним, какие оси симметрии имеют правильные многогранники.
Куб имеет три оси симметрии 4-го порядка, проходящих через центры противоположных граней, четыре оси симметрии 3-го порядка, проходящих через противоположные вершины и шесть осей симметрии 2-го порядка, проходящих через середины противоположных ребер.
Тетраэдр имеет три оси симметрии второго порядка, проходящих через середины противоположных ребер.
Икосаэдр имеет шесть осей симметрии 5-го порядка, проходящих через противоположные вершины; десять осей симметрии 3-го порядка, проходящих через центры противоположных граней и пятнадцать осей симметрии 2-го порядка, проходящих через середины противоположных ребер.
Додекаэдр имеет шесть осей симметрии 5-го порядка, проходящих через центры противоположных граней; десять осей симметрии 3-го порядка, проходящих через противоположные вершины и пятнадцать осей симметрии 2-го порядка, проходящих через середины противоположных ребер.
Рассмотрим понятие зеркальной симметрии .
Точки A и A" в пространстве называются симметричными относительно плоскости , или, по-другому, зеркально симметричными , если эта плоскость проходит через середину отрезка AA" и перпендикулярна к нему. Каждая точка плоскости считается симметричной сама себе.
Преобразование пространства, при котором каждой точке A сопоставляется симметричная ей точка A" (относительно данной плоскости ), называется зеркальной симметрией . Плоскость при этом называется плоскостью симметрии .
Две фигуры называются зеркально симметричными относительно плоскости , если преобразование симметрии относительно этой плоскости переводит одну из них в другую.
Фигура Ф в пространстве называется зеркально симметричной , если она зеркально симметрична сама себе.
Например, прямоугольный параллелепипед зеркально симметричен относительно плоскости, проходящей через ось симметрии и параллельной одной из пар противоположных граней. Цилиндр зеркально-симметричен относительно любой плоскости, проходящей через его ось и т. д.
Среди правильных многогранников куб и октаэдр имеют по девять плоскостей симметрии. Тетраэдр имеет шесть плоскостей симметрии. Икосаэдр и додекаэдр имеют по пятнадцать плоскостей симметрии, проходящих через пары противоположных ребер.
Свойство 5. Композиция двух зеркальных симметрий относительно параллельных плоскостей является параллельным переносом на вектор, перпендикулярный этим плоскостям и равный по величине удвоенному расстоянию между этими плоскостями.
Следствие. Параллельный перенос можно представить как композицию двух зеркальных симметрий.
Свойство 6. Композиция двух зеркальных симметрий относительно плоскостей, пересекающихся по прямой является поворотом вокруг этой прямой на угол равный удвоенному двугранному углу между этими плоскостями. В частности, осевая симметрия является композицией двух зеркальных симметрий относительно перпендикулярных плоскостей.
Следствие. Поворот можно представить как композицию двух зеркальных симметрий.
Свойство 7. Центральная симметрия может быть представлена в виде композиции трех зеркальных симметрий.
Докажем это свойство с помощью координатного метода. Пусть точка A в пространстве имеет координаты (x, y, z ). Зеркальная симметрия относительно координатной плоскости меняет знак соответствующей координаты. Например, зеркальная симметрия относительно плоскости Oxy переводит точку с координатами (x, y, z ) в точку с координатами (x, y, –z ). Композиция трех зеркальных симметрий относительно координатных плоскостей переводит точку с координатами (x, y, z ) в точку с координатами (–x, –y, –z ), которая является центрально симметричной исходной точке A.
Движения, переводящие фигуру Ф саму в себя, образуют группу относительно композиции. Она называется группой симметрий фигуры Ф.
Найдем порядок группы симметрий куба.
Ясно, что любое движение, переводящее куб в себя, оставляет центр куба на месте, переводит центры граней в центры граней, середины ребер в середины ребер и вершины в вершины.
Таким образом, для задания движения куба достаточно определить, куда переходит центр грани, середина ребра этой грани и вершина ребра.
Рассмотрим разбиение куба на тетраэдры, вершинами каждого из которых являются центр куба, центр грани, середина ребра этой грани и вершина ребра. Таких тетраэдров 48. Поскольку движение полностью определяется тем, в какой из тетраэдров переводится данный тетраэдр, то порядок группы симметрий куба будет равен 48.
Аналогичным образом находятся порядки групп симметрий тетраэдра, октаэдра, икосаэдра и додекаэдра.
Найдем группу симметрий единичной окружности S 1 . Эта группа обозначается O(2). Она является бесконечной топологической группой. Представим единичную окружность как группу комплексных чисел по модулю равных единице. Имеет место естественный эпиморфизм p:O(2) --> S 1 , сопоставляющий элементу u группы O(2) элемент u(1) в S 1 . Ядром этого отображения является группа Z 2 , порожденная симметрией единичной окружности относительно оси Ox. Следовательно, O(2)/Z 2S 1 . Более того, если не учитывать групповую структуру, то имеет место гомеоморфизм O(2) и прямого произведения S 1 и Z 2 .
Аналогично, группа симметрий двумерной сферы S 2 обозначается O(3), и для нее имеет место изоморфизм O(3)/O(2) S 2 .
Группы симметрий n-мерных сфер играют важную роль в современных разделах топологии: теории многообразий, теории расслоенных пространств и др.
Одним из самых ярких проявлений симметрии в природе являются кристаллы. Свойства кристаллов определяются особенностями их геометрического строения, в частности, симметричным расположением атомов в кристаллической решетке. Внешние формы кристаллов являются следствием их внутренней симметрии.
Первые, еще смутные предположения о том, что атомы в кристаллах расположены правильным, закономерным, симметричным строем, высказывались в трудах различных естествоиспытателей уже в те времена, когда само понятие атома было неясным и не было никаких экспериментальных доказательств атомного строения вещества. Симметричная внешняя форма кристаллов невольно наводила на мысль о том, что внутреннее строение кристаллов должно быть симметричным и закономерным. Законы симметрии внешней формы кристаллов были полностью установлены в середине XIX века, а к концу этого века были четко и точно выведены законы симметрии, которым подчинены атомные постройки в кристаллах.
Основоположником математической теории строения кристаллов является выдающийся российский математик и кристаллограф - Евграф Степанович Федоров (1853-1919). Математика, химия, геология, минералогия, петрография, горное дело - в каждую из этих областей внес Е.С.Федоров немалый вклад. В 1890 году он строго математически вывел все возможные геометрические законы сочетания элементов симметрии в кристаллических структурах, иначе говоря, симметрии расположения частиц внутри кристаллов. Оказалось, что число таких законов ограничено. Федоров показал, что имеется 230 пространственных групп симметрии, которые впоследствии, в честь ученого, были названы федоровскими. Это был исполинский труд, предпринятый за 10 лет до открытия рентгеновских лучей, за 27 лет до того, как с их помощью доказали существование самой кристаллической решетки. Существование 230 федоровских групп является одним из важнейших геометрических законов современной структурной кристаллографии. "Гигантский научный подвиг Е.С. Федорова, сумевшего подвести под единую геометрическую схему весь природный "хаос" бесчисленных кристаллообразований, и сейчас вызывает восхищение. Это открытие сродни открытию периодической таблицы Д.И. Менделеева."Царство кристаллов" является незыблемым памятником и конечной вершиной классической федоровской кристаллографии", - сказал академик А.В. Шубников.

Литература
1. Адамар Ж. Элементарная геометрия. Часть II. Стереометрия. – 3-е изд. – М.: Учпедгиз, 1958.
2. Вейль Г. Симметрия. – М.: Наука, 1968.
3. Вигнер Е. Этюды о симметрии. – М.: Мир, 1971.
4. Гарднер М. Этот правый, левый мир. – М.: Мир, 1967.
5. Гильде В. Зеркальный мир. – М.: Мир, 1982.
6. Компанеец А.С. Симметрия в микро- и макромире. – М.: Наука, 1978.
7. Парамонова И.М. Симметрия в математике. – М.: МЦНМО, 2000.
8. Перепелкин Д.И. Курс элементарной геометрии. Часть II. Геометрия в пространстве. – М.-Л.: Гос изд. технико-теоретич. литературы, 1949.
9. Сонин А.С. Постижение совершенства (симметрия, асимметрия, диссимметрия, антисимметрия). – М.: Знание, 1987.
10. Тарасов Л.В. Этот удивительно симметричный мир. – М.: Просвещение, 1982.
11. Узоры симметрии. – М.: Мир, 1980.
12. Шафрановский И.И. Симметрия в природе. – 2-е изд. – Л.; 1985.
13. Шубников А.В., Копцик В.А. Симметрия в науке и искусстве. – М.: Наука, 1972.