培优课 对称问题

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名称 培优课 对称问题
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文件大小 373.1KB
资源类型 试卷
版本资源 人教A版(2019)
科目 数学
更新时间 2026-02-27 00:00:00

文档简介

重点解读
1.理解轴对称与中心对称的几何性质与代数性质(直观想象). 2.灵活利用对称性求解反射问题与最值问题(数学运算).
一、中心对称问题
【例1】 (1)求点P(x0,y0)关于点A(a,b)的对称点P'的坐标;
(2)求直线3x-y-4=0关于点(2,-1)的对称直线l的方程.
【规律方法】
1.解决点关于点对称问题的方法
点P(x0,y0)关于点A(m,n)的对称点P'(x',y')可利用中点坐标公式求得,由得
2.解决直线关于点对称问题的方法
方法一:在已知直线上取两点,根据点的中心对称的求法求出对称点,再由对称点确定对称直线;
方法二:在已知直线上取一点,求出它关于已知点的对称点,再利用对称直线与原直线平行求直线方程;
特别地,直线Ax+By+C=0关于原点对称的直线方程是A(-x)+B(-y)+C=0.
训练1 (1)(2025·济宁月考)若点P(3,4)是线段AB的中点,且点A的坐标为(-1,2),则点B的坐标为    ;
(2)已知直线l1:2x+y+2=0与l2:4x+by+c=0关于点P(1,0)对称,则b+c=    .
二、轴对称问题
【例2】 (2025·湛江月考)已知直线l:y=3x+3,求:
(1)点P(4,5)关于直线l的对称点的坐标;
(2)直线y=x-2关于直线l的对称直线的方程.
【规律方法】
1.解决点关于直线对称问题的方法
已知P(x,y),直线l:Ax+By+C=0,求点P关于直线l的对称点P'(x',y')可以分三步:
第一步,直线PP'和l垂直,故kPP'·kl=-1(kl≠0);
第二步,PP'的中点在直线l上,即(,)满足直线方程Ax+By+C=0,得到A·+B·+C=0;
第三步,联立两式可解出x',y'.
2.解决直线关于直线对称问题的方法
已知直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,求直线l1关于直线l2的对称直线的方程:
(1)如果l1∥l2,则设所求直线方程为A1x+B1y+m=0(m≠C1),然后在l1上找一点P,求出点P关于直线l2的对称点P'(x',y'),再代入A1x+B1y+m=0即可解出m;
(2)如果l1不平行于l2,则先找出l1与l2的交点P,然后在l1上确定一点(不同于交点),找出这一点关于l2的对称点P',由直线方程的两点式确定所求直线方程.
训练2 (2025·南通月考)已知直线l1:x-y+3=0,直线l:x-y-1=0.若直线l1关于直线l的对称直线为l2,求直线l2的方程.
三、对称问题的应用
角度1 光的反射问题
【例3】 已知光线从点A(-2,1)射出,经直线2x-y+10=0反射,且反射光线所在直线过点B(-8,-3),则反射光线所在直线的方程是(  )
A.x-3y-1=0 B.3x-y+21=0
C.x+3y+17=0 D.3x+y+15=0
【规律方法】
利用对称解决光线反射问题的方法
根据平面几何知识和光学知识,入射光线、反射光线所在的直线关于法线对称,即入射光线、反射光线上对应的点关于法线对称.利用点的对称关系可以求解.
角度2 利用对称解决有关最值问题
【例4】 在直线l:x-y-1=0上求两点P,Q,使得:
(1)P到A(4,1)与B(0,4)的距离之差的绝对值最大;
(2)Q到A(4,1)与C(3,0)的距离之和最小.
【规律方法】
利用对称求距离最值问题的方法
要解决在直线l上求一点,使这点到两定点A,B的距离之和(差)的最值问题,一般借助平面几何知识(三角形任意两边之和大于第三边,任意两边之差的绝对值小于第三边)及对称性解决.即:
(1)若两点A,B位于直线l的同侧,要求直线l上到A,B距离之和最小的点,只需作A(或B)关于直线l的对称点A'(或B'),得直线A'B(或AB')的方程,再求其与直线l的交点即可;
(2)若两点A,B位于直线l的同侧,要求直线l上到A,B距离之差最大的点,则只需求出直线AB的方程,再求其与直线l的交点即可;
(3)若两点A,B位于直线l的异侧,要求直线l上到A,B距离之差最大的点,则只需作A(或B)关于直线l的对称点A'(或B'),得直线A'B(或AB')的方程,再求其与直线l的交点即可.
训练3 (1)一条光线从点A(-1,3)射向x轴,经过x轴上的点P反射后经过点B(3,1),则点P的坐标为(  )
A.(0,0) B.(1,0)
C.(2,0) D.(3,0)
(2)(2025·宁波月考)已知直线l:x-2y+8=0和两点A(2,0),B(-2,-4),在直线l上求一点P,使|PB-PA|最大.
1.点A(-3,1),C(1,y)关于点B(-1,-3)对称,则y的值为(  )
A.-5 B.-6
C.-7 D.-8
2.点(3,9)关于直线x+3y-10=0对称的点的坐标是(  )
A.(-1,-3) B.(17,-9)
C.(-1,3) D.(-17,9)
3.直线x-2y+1=0 关于直线x=1对称的直线方程是(  )
A.x+2y-1=0 B.2x+y-1=0
C.2x+y-3=0 D.x+2y-3=0
4.已知点A(3,-1),B(5,-2),且点P在直线x+y=0上,若使|PA|+|PB|取最小值,则点P的坐标是    .
课堂小结
1.理清单 (1)中心对称问题; (2)轴对称问题; (3)对称问题的应用. 2.应体会 (1)解中心对称与轴对称问题,常利用数形结合思想; (2)利用对称性求距离之和或距离之差的绝对值的最值问题,常利用化归与转化思想转化为三点共线问题求解. 3.避易错 求一条直线关于另一条直线的对称直线时,要区分相交线与平行线两种情形,两者不能混为一谈.
提示:完成课后作业 第二章 培优课
3 / 3重点解读
1.理解轴对称与中心对称的几何性质与代数性质(直观想象). 2.灵活利用对称性求解反射问题与最值问题(数学运算).
一、中心对称问题
【例1】(1)求点P(x0,y0)关于点A(a,b)的对称点P'的坐标;
解:根据题意可知点A(a,b)为PP'的中点,设点P'的坐标为(x,y),
则根据中点坐标公式,得所以
所以点P'的坐标为(2a-x0,2b-y0).
(2)求直线3x-y-4=0关于点(2,-1)的对称直线l的方程.
解:法一 设直线l上任意一点M的坐标为(x,y),则此点关于点(2,-1)的对称点为M1(4-x,-2-y),
且M1在直线3x-y-4=0上,
所以3(4-x)-(-2-y)-4=0,即3x-y-10=0.
所以所求直线l的方程为3x-y-10=0.
法二 在直线3x-y-4=0上取两点A(0,-4),B(1,-1),
则点A(0,-4)关于点(2,-1)的对称点为A1(4,2),
点B(1,-1)关于点(2,-1)的对称点为B1(3,-1).
可得直线A1B1的方程为3x-y-10=0,
即所求直线l的方程为3x-y-10=0.
法三 由平面几何知识易知所求直线l与直线3x-y-4=0平行,
则可设l的方程为3x-y+c=0(c≠-4).
在直线3x-y-4=0上取一点(0,-4),
则点(0,-4)关于点(2,-1)的对称点(4,2)在直线3x-y+c=0上,
所以3×4-2+c=0,所以c=-10.
所以所求直线l的方程为3x-y-10=0.
【规律方法】
1.解决点关于点对称问题的方法
点P(x0,y0)关于点A(m,n)的对称点P'(x',y')可利用中点坐标公式求得,由得
2.解决直线关于点对称问题的方法
方法一:在已知直线上取两点,根据点的中心对称的求法求出对称点,再由对称点确定对称直线;
方法二:在已知直线上取一点,求出它关于已知点的对称点,再利用对称直线与原直线平行求直线方程;
特别地,直线Ax+By+C=0关于原点对称的直线方程是A(-x)+B(-y)+C=0.
训练1 (1)(2025·济宁月考)若点P(3,4)是线段AB的中点,且点A的坐标为(-1,2),则点B的坐标为(7,6);
解析:设点B(x,y),∵点P(3,4)是线段AB的中点,且点A的坐标为(-1,2),∴解得x=7,y=6,∴点B的坐标为(7,6).
(2)已知直线l1:2x+y+2=0与l2:4x+by+c=0关于点P(1,0)对称,则b+c=-10.
解析:在直线l1:2x+y+2=0上取点M(-1,0),N(0,-2),M,N关于点P(1,0)对称的点分别为M1(3,0),N1(2,2).∵点M1(3,0),N1(2,2)在直线l2:4x+by+c=0上,∴12+c=0,8+2b+c=0,解得c=-12,b=2,∴b+c=-10.
二、轴对称问题
【例2】(2025·湛江月考)已知直线l:y=3x+3,求:
(1)点P(4,5)关于直线l的对称点的坐标;
解:设点P关于直线l的对称点为P'(x',y'),则线段PP'的中点在直线l上,且直线PP'垂直于直线l,
即解得
所以点P'的坐标为(-2,7).
(2)直线y=x-2关于直线l的对称直线的方程.
解:解方程组得
则点(-,-)在所求直线上.
在直线y=x-2上取点M(2,0),
设点M关于直线l的对称点为M'(x0,y0),

解得
点M'(-,)也在所求直线上.
由两点式得直线方程为=,
化简得7x+y+22=0,即为所求直线方程.
【规律方法】
1.解决点关于直线对称问题的方法
已知P(x,y),直线l:Ax+By+C=0,求点P关于直线l的对称点P'(x',y')可以分三步:
第一步,直线PP'和l垂直,故kPP'·kl=-1(kl≠0);
第二步,PP'的中点在直线l上,即(,)满足直线方程Ax+By+C=0,得到A·+B·+C=0;
第三步,联立两式可解出x',y'.
2.解决直线关于直线对称问题的方法
已知直线l1:A1x+B1y+C1=0,l2:A2x+B2y+C2=0,求直线l1关于直线l2的对称直线的方程:
(1)如果l1∥l2,则设所求直线方程为A1x+B1y+m=0(m≠C1),然后在l1上找一点P,求出点P关于直线l2的对称点P'(x',y'),再代入A1x+B1y+m=0即可解出m;
(2)如果l1不平行于l2,则先找出l1与l2的交点P,然后在l1上确定一点(不同于交点),找出这一点关于l2的对称点P',由直线方程的两点式确定所求直线方程.
训练2 (2025·南通月考)已知直线l1:x-y+3=0,直线l:x-y-1=0.若直线l1关于直线l的对称直线为l2,求直线l2的方程.
解:法一 因为l1∥l,所以l2∥l,设直线l2的方程为x-y+m=0(m≠3,m≠-1).
因为直线l1,l2关于直线l对称,所以l1与l间的距离等于l2与l间的距离.
由两条平行直线间的距离公式,得=,解得m=-5或m=3(舍去).
所以直线l2的方程为x-y-5=0.
法二 由题意知l1∥l2,设直线l2的方程为x-y+m=0(m≠3,m≠-1).
在直线l1上取点M(0,3),设点M关于直线l的对称点为M'(a,b),于是有解得即点M'的坐标为(4,-1).
把点M'的坐标代入l2的方程,得m=-5,所以直线l2的方程为x-y-5=0.
三、对称问题的应用
角度1 光的反射问题
【例3】已知光线从点A(-2,1)射出,经直线2x-y+10=0反射,且反射光线所在直线过点B(-8,-3),则反射光线所在直线的方程是(  )
A.x-3y-1=0 B.3x-y+21=0
C.x+3y+17=0 D.3x+y+15=0
解析:B 设A(-2,1)关于直线2x-y+10=0的对称点为C(x,y),则解得即C(-6,3),所以反射光线所在直线方程为y-3=·(x+6),即3x-y+21=0.故选B.
【规律方法】
利用对称解决光线反射问题的方法
根据平面几何知识和光学知识,入射光线、反射光线所在的直线关于法线对称,即入射光线、反射光线上对应的点关于法线对称.利用点的对称关系可以求解.
角度2 利用对称解决有关最值问题
【例4】 在直线l:x-y-1=0上求两点P,Q,使得:
(1)P到A(4,1)与B(0,4)的距离之差的绝对值最大;
解:如图,设点B关于l的对称点B'的坐标为(a,b),连接BB',则kBB'·kl=-1,
即×1=-1,
所以a+b-4=0, ①
因为BB'的中点(,)在直线l上,
所以--1=0,即a-b-6=0. ②
由①②得
所以点B'的坐标为(5,-1).
于是AB'所在直线的方程为=,即2x+y-9=0.
易知||PB|-|PA||=||PB'|-|PA||,
当且仅当P,B',A三点共线时,||PB'|-|PA||最大.
所以联立直线l与AB'的方程,
解得x=,y=,
即l与AB'的交点坐标为(,).
故点P的坐标为(,).
(2)Q到A(4,1)与C(3,0)的距离之和最小.
解:如图,设点C关于l的对称点为C',可求得C'的坐标为(1,2),所以AC'所在直线的方程为x+3y-7=0.
易知|QA|+|QC|=|QA|+|QC'|,当且仅当Q,A,C'三点共线时,|QA|+|QC'|最小.
所以联立直线AC'与l的方程,解得x=,y=,
即AC'与l的交点坐标为(,).
故点Q的坐标为(,).
【规律方法】
利用对称求距离最值问题的方法
要解决在直线l上求一点,使这点到两定点A,B的距离之和(差)的最值问题,一般借助平面几何知识(三角形任意两边之和大于第三边,任意两边之差的绝对值小于第三边)及对称性解决.即:
(1)若两点A,B位于直线l的同侧,要求直线l上到A,B距离之和最小的点,只需作A(或B)关于直线l的对称点A'(或B'),得直线A'B(或AB')的方程,再求其与直线l的交点即可;
(2)若两点A,B位于直线l的同侧,要求直线l上到A,B距离之差最大的点,则只需求出直线AB的方程,再求其与直线l的交点即可;
(3)若两点A,B位于直线l的异侧,要求直线l上到A,B距离之差最大的点,则只需作A(或B)关于直线l的对称点A'(或B'),得直线A'B(或AB')的方程,再求其与直线l的交点即可.
训练3 (1)一条光线从点A(-1,3)射向x轴,经过x轴上的点P反射后经过点B(3,1),则点P的坐标为(  )
A.(0,0) B.(1,0)
C.(2,0) D.(3,0)
解析:C 由题可得B(3,1)关于x轴的对称点为B'(3,-1),则直线AB'的方程为=,可得y=-x+2,令y=0,可得x=2,所以点P(2,0).
(2)(2025·宁波月考)已知直线l:x-2y+8=0和两点A(2,0),B(-2,-4),在直线l上求一点P,使|PB-PA|最大.
解:易知A,B两点在直线l的同侧,
当且仅当A,B,P三点共线时,|PB-PA|取得最大值,
又直线AB的方程为y=x-2,
则解得
故所求的点P的坐标为(12,10).
1.点A(-3,1),C(1,y)关于点B(-1,-3)对称,则y的值为(  )
A.-5 B.-6
C.-7 D.-8
解析:C 由已知得=-3,解得y=-7.
2.点(3,9)关于直线x+3y-10=0对称的点的坐标是(  )
A.(-1,-3) B.(17,-9)
C.(-1,3) D.(-17,9)
解析:A 设点(3,9)关于直线x+3y-10=0对称的点的坐标为(a,b),则由解得即得该点坐标为(-1,-3).故选A.
3.直线x-2y+1=0 关于直线x=1对称的直线方程是(  )
A.x+2y-1=0 B.2x+y-1=0
C.2x+y-3=0 D.x+2y-3=0
解析:D 在直线x-2y+1=0上任取两点,不妨取点(1,1),(0,),这两点关于直线x=1对称的点分别为(1,1),(2,),两对称点所在直线的方程为y-1=-(x-1),即x+2y-3=0.
4.已知点A(3,-1),B(5,-2),且点P在直线x+y=0上,若使|PA|+|PB|取最小值,则点P的坐标是(,-).
解析:点A(3,-1)关于直线x+y=0的对称点为A'(1,-3),直线A'B与直线x+y=0的交点即为所求的点.直线A'B的方程为=,即y=x-,与x+y=0联立解得x=,y=-,∴点P(,-).
课堂小结
1.理清单 (1)中心对称问题; (2)轴对称问题; (3)对称问题的应用. 2.应体会 (1)解中心对称与轴对称问题,常利用数形结合思想; (2)利用对称性求距离之和或距离之差的绝对值的最值问题,常利用化归与转化思想转化为三点共线问题求解. 3.避易错 求一条直线关于另一条直线的对称直线时,要区分相交线与平行线两种情形,两者不能混为一谈.
1.若点P(3,4)和点Q(a,b)关于直线x-y-1=0对称,则(  )
A.a=1,b=-2 B.a=2,b=-1
C.a=4,b=3 D.a=5,b=2
解析:D 由解得
2.已知点A(x,5)关于点(1,y)的对称点为(-2,-3),则点P(x,y)到原点的距离是(  )
A.2    B.4 C.5    D.
解析:D 由题可知: 所以点P(x,y)到原点的距离是.故选D.
3.与直线2x+3y-6=0关于点(1,-1)对称的直线方程是(  )
A.3x-2y+2=0 B.2x+3y+7=0
C.3x-2y-12=0 D.2x+3y+8=0
解析:D 由平面几何知识易知所求直线与已知直线2x+3y-6=0平行,则可设所求直线方程为2x+3y+C=0(C≠-6).在直线2x+3y-6=0上任取一点(3,0),关于点(1,-1)的对称点为(-1,-2),则点(-1,-2)必在所求直线上,所以2×(-1)+3×(-2)+C=0,解得C=8.所以所求直线方程为2x+3y+8=0.
4.两直线l1:3x-2y-6=0,l2:3x-2y+8=0,则直线l1关于直线l2对称的直线方程为(  )
A.3x-2y+24=0 B.3x-2y-10=0
C.3x-2y-20=0 D.3x-2y+22=0
解析:D 设所求直线方程为3x-2y+c=0(c≠-6,c≠8),由题意可知,所求直线到直线l2的距离等于直线l1,l2间的距离,∴=.解得c=22或c=-6(舍去),∴所求直线的方程为3x-2y+22=0.故选D.
5.已知A(3,0),B(0,3),从点P(0,2)射出的光线经x轴反射到直线AB上,又经过直线AB反射回到P点,则光线所经过的路程为(  )
A.2 B.6
C.3 D.
解析:D 由题意知直线AB的方程为x+y=3,点P(0,2)关于x轴的对称点为P1(0,-2),设点P(0,2)关于直线AB的对称点为P2(a,b),如图,∴解得∴P2(1,3),∴光线所经过的路程为|PQ|+|QM|+|MP|=|P1P2|==.
6.若函数y=的图象上存在两点P,Q关于点(1,0)对称,则直线PQ的方程为(  )
A.x-4y+1=0 B.x-4y-1=0
C.4x-y+1=0 D.4x-y-1=0
解析:B 根据题意,设P(p,),Q(q,),因为线段PQ的中点是(1,0),所以整理得所以p,q为方程x2-2x-1=0的根,解得x=1±,所以P(1+,),Q(1-,-)或P(1-,-),Q(1+,).由两点式得直线PQ的方程为x-4y-1=0.
7.〔多选〕已知直线l:y=x,点A(0,-1),则(  )
A.过点A与l平行的直线的方程为y=x-1
B.点A关于l对称的点的坐标为(0,1)
C.点A到直线l的距离为
D.过点A与l垂直的直线的方程为y=-x-1
解析:ACD 与直线y=x平行的直线方程可设为y=x+m,代入点A(0,-1)得-1=0+m,即m=-1,即平行线方程为y=x-1,A正确;点A关于l的对称点坐标为(-1,0),B错;点A到直线l的距离为d==,C正确;与直线l垂直的直线方程可设为y=-x+n,代入A点坐标得-1=0+n,n=-1,即直线方程为y=-x-1,D正确.故选A、C、D.
8.〔多选〕已知点M(-1,1),N(2,1),且点P在直线l:x+y+2=0上,则(  )
A.存在点P,使得PM⊥PN
B.存在点P,使得2|PM|=|PN|
C.|PM|+|PN|的最小值为
D.||PM|-|PN||的最大值为3
解析:BCD 对于选项A,设P(a,-a-2),若a=-1时P(-1,-1),此时PM的斜率不存在,kPN=≠0,PM与PN不垂直,同理a=2时PM与PN不垂直,当a≠-1且a≠2时kPM=,kPN=,若PM⊥PN,则kPM·kPN=·=-1,去分母整理得2a2+5a+7=0,Δ=52-4×2×7<0,方程无实数解,故PM与PN不垂直,故A错误;对于选项B,设P(a,-a-2),若2|PM|=|PN|,则2=,即2a2+10a+9=0,由Δ=102-4×2×9=28>0,所以方程有解,则存在点P,使得2|PM|=|PN|,故B正确;对于选项C,
如图1设M(-1,1)关于直线l的对称点为M'(m,n),则解得即M'(-3,-1),|M'N|==,所以|PM|+|PN|=|PM'|+|PN|≥|M'N|=,当且仅当M',P,N三点共线时取等号(P在线段M'N之间),故C正确;对于选项D,如图2,||PM|-|PN||≤|MN|=3,当且仅当P在NM的延长线与直线l的交点时取等号,故D正确.故选B、C、D.
9.在原点O处发射一束激光,经过直线l:x+y-4=0反射后撞击Q处的一个中子.已知Q的坐标为(3,0),光束射到l的位置为点P,则P的坐标为(,).
解析:设点Q关于直线l对称的点为Q'(x0,y0),则由解得所以Q'(4,1),则直线OQ'的方程为y=,联立直线y=与x+y-4=0,可得x=,y=,即P(,).
10.已知直线l:3x+2y-1=0与直线l1关于直线x+y=0对称,则l1的方程为2x+3y+1=0.
解析:x+y=0与l:3x+2y-1=0不平行,故l1经过x+y=0与l:3x+2y-1=0的交点,联立解得即(1,-1)在l1上,取l:3x+2y-1=0上另一点(3,-4),设(3,-4)关于直线x+y=0的对称点为(m,n),则有解得l1过两点(1,-1)和(4,-3),故方程为=,即2x+3y+1=0.
11.已知点M(3,5),在直线l:x-2y+2=0和y轴上各找一点P和Q,使△MPQ的周长最小,并求出P,Q两点的坐标.
解:设点M(3,5)关于直线l的对称点为M1(a,b),

解得即M1(5,1),
点M(3,5)关于y轴的对称点为M2(-3,5),
则直线M1M2的方程为=,即x+2y-7=0.
当P,Q分别为直线M1M2与直线l,y轴的交点时,△MPQ的周长最小.
令x=0,得到直线M1M2与y轴的交点Q(0,).
由解得
所以直线M1M2与直线l的交点为P(,).
故点P(,),Q(0,)即为所求.
12.已知直线l:x-y+3=0,一束光线从点A(1,2)处射向x轴上一点B,又从点B反射到l上的一点C,最后从点C反射回点A.
(1)试判断由此得到的△ABC的个数;
(2)求直线BC的方程.
解:(1)如图,设B(m,0),点A关于x轴的对称点为A'(1,-2),点B关于直线x-y+3=0的对称点为B'(-3,m+3).
根据光学知识,直线AB'与直线BC关于直线l对称,点C在直线A'B上,点C又在直线B'A上,又直线A'B的方程为y=(x-m),
由得x=.
又直线AB'的方程为y-2=·(x-1),

得x=.
所以=,即3m2+8m-3=0,
解得m=或m=-3.
当m=时,符合题意;
当m=-3时,点B在直线x-y+3=0上,不能构成三角形.
综上,符合题意的△ABC只有1个.
(2)由(1)得m=,则直线A'B的方程为3x+y-1=0,
即直线BC的方程为3x+y-1=0.
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