Kvant
Bài chính

Lời giải bài toán sử dụng các phép biến đổi hình học

Фишман В. М.

Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →

30

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VỚI SỰ GIÚP ĐỠ
HÌNH HỌC
CHUYỂN ĐỔI

Trong môn học hình học ở trường, các em thường gặp nhiều phép biến đổi hình học của mặt phẳng: phép tịnh tiến parapel, phép đối xứng, phép quay, phép biến đổi tương tự. Tầm quan trọng của các khái niệm này được chứng minh bằng việc khi chứng minh sự đồng dạng của các hình, người ta sử dụng các phép biến đổi hình học - chuyển vị. Tuy nhiên, các phép biến đổi hình học không chỉ được tìm thấy trong việc xây dựng các định nghĩa và trong việc chứng minh các định lý của trường phái; chúng được sử dụng cho lời giải nhiều loại hình học bài toán. Trong trường hợp này, các phép biến đổi không nhất thiết phải xuất hiện trực tiếp trong các công thức bài toán: thường xảy ra trường hợp công thức bài toán có bản chất hoàn toàn “tĩnh” và đơn giản và thanh lịch nhất lời giải hóa ra là “động”, về cơ bản sử dụng các phép biến đổi hình học khác nhau của các hình đã cho. Trong ghi chú này, chúng tôi sẽ thảo luận về cách bạn có thể học cách xem “động lực học” bên trong của phép đo phẳng bài toán.

Hiểu các phép biến đổi hình học

Hãy bắt đầu với định nghĩa về sự dịch chuyển.

Về giới hạn 1. Độ dịch chuyển là ánh xạ của một mặt phẳng lên chính nó, trong đó khoảng cách giữa các điểm được giữ nguyên.

Ta chứng minh định lý sau về chuyển vị:

Định lý 1. Có một và chỉ một chuyển động lấy các đỉnh A, B, C của tiền tố ABC chưa biểu diễn tương ứng với các đỉnh A1, B1, C1 của tiền thân tắc nghẽn A1B1C1 của nó.

Bằng chứng. Sự tồn tại của sự dịch chuyển như vậy xuất phát từ thực tế là các tam giác ABC và A1B1C1 bị tắc nghẽn. Hãy chứng minh rằng nó là duy nhất.

Gọi F là độ dịch chuyển nào đó của mặt phẳng sao cho F(A) = A1, F(B) = B1, F(C) = C1, và gọi X là một điểm tùy ý của mặt phẳng. Khi đó điểm F(X) phải ở các khoảng cách |XA|, |XB|, |XC| lần lượt từ các điểm A1, B1 và ​​C1.

Nhưng ba đường tròn có tâm tại các điểm A1, B1, C1 không nằm trên cùng một đường thẳng có nhiều nhất một điểm chung; Điều này có nghĩa là điểm F(X) được xác định duy nhất.

Bạn có quen thuộc với các loại chuyển động sau:

  1. Chuyển giao song song.
    (Sự truyền song song được xác định bằng cách xác định một điểm và ảnh của nó).

  2. Bằng cách quay.
    (Một góc quay được xác định bằng cách xác định tâm O, góc quay α và hướng quay; góc quay α được coi là nằm trong giới hạn 0° ≤ α ≤ 180°. Nhưng nếu bạn chọn bất kỳ hướng quay nào là dương và hướng ngược lại được coi là âm, thì phép quay hoàn toàn được xác định bằng cách xác định tâm và góc quay α của nó; góc quay được coi là một đỉnh có hướng, trị số của nó có thể là dương hoặc âm. Xoay với tâm O theo một góc α biểu thị

31

R0αR_0^\alpha. Bây giờ, bất kỳ góc quay nào cũng có thể được chỉ định bằng cách chỉ định tâm của nó và góc xoay α\alpha, nằm trong −180∘≤α≤180∘-180^\circ \leq \alpha \leq 180^\circ. Nếu β=α+360∘\beta = \alpha + 360^\circ, nn, trong đó nn là số nguyên và −180∘≤α≤180∘-180^\circ \leq \alpha \leq 180^\circ thì phép quay theo góc β\beta được gọi là phép quay RαR^\alpha.

  1. Đối xứng trục.

(Đối xứng trục được xác định bằng cách xác định trục đối xứng - đường thẳng ll.)

Cách dịch đơn giản nhất là ánh xạ nhận dạng của mặt phẳng, ánh xạ bất kỳ điểm nào XX lên chính nó; nó được biểu thị bằng chữ cái EE, sau đó là E(X)=XE(X) = X. Ánh xạ nhận dạng được coi là một phép quay qua góc 0 quanh tâm OO. Theo cách tương tự, chúng ta có thể coi ánh xạ giống hệt như một bản dịch song song về khoảng cách bằng 0. Ánh xạ nhận dạng là chuyển động duy nhất vừa xoay vừa dịch.

Đối với bất kỳ tâm OO nào, phép quay 180∘180^\circ theo cả hai hướng trùng khớp và là đối xứng tâm (so với tâm quay OO).

Có thể chứng minh rằng bất kỳ chuyển vị nào cũng là chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay song song hoặc là thành phần của chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay song song với một số đối xứng trục. Khái niệm về thành phần của hai phép biến đổi hình học sẽ rất quan trọng đối với chúng ta sau này, vì vậy chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết hơn về nó.

Đặt hai bản đồ đã cho FF và GG của một tập hợp nhất định MM lên chính nó. Tạo chúng một cách tuần tự, chúng ta thu được một ánh xạ mới HH, ánh xạ x∈Mx \in M đến H(x)=G(F(x))H(x) = G(F(x)). Ánh xạ mới HH này cũng là ánh xạ của tập hợp MM lên chính nó. Nó được gọi là thành phần của ánh xạ FF và GG và được ký hiệu là G∘FG \circ F.

Từ Định nghĩa 1, suy ra rằng thành phần của hai bản dịch bất kỳ (nghĩa là ánh xạ của mặt phẳng lên chính nó để bảo toàn khoảng cách giữa các điểm) lại là một sự dịch chuyển. Hãy chú ý đến thứ tự ghi: khi biểu thị thành phần G∘FG \circ F, chúng ta đặt bên phải ký hiệu của màn hình được thực hiện đầu tiên. Sự thay thế này rất có ý nghĩa; chúng ta sẽ thấy rằng thao tác thành phần nói chung là không thay đổi

phong phú - có các ánh xạ FF và GG cho G∘F≠F∘GG \circ F \neq F \circ G.

Bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu xem thành phần của các ánh xạ mà chúng ta đã biết - chuyển vị - trong các trường hợp cụ thể là như thế nào.

Điểm đặc biệt trong thành phần của hai bản dịch song song là sự dịch chuyển - đây là một trong những lý do tại sao thành phần của các bản dịch song song (vectơ) được gọi là phép cộng của chúng; thành phần của ánh xạ không được gọi là phép cộng).

Trường hợp bố cục hai lượt thú vị hơn; Hãy chuyển nó cho anh ấy. Chúng ta sẽ cần các định nghĩa sau: điểm X0X_0 của tập hợp MM được gọi là điểm cố định của ánh xạ GG của tập hợp MM lên chính nó nếu G(X0)=X0G(X_0) = X_0.

Thuộc tính đặc trưng của lượt được mô tả.

Định lý 2. Chuyển vị không đồng nhất là chuyển động quay của một module và một module sữa khi nó có một module cố định duy nhất.

Bằng chứng. Sự cần thiết của điều kiện này là hiển nhiên: điểm cố định duy nhất quay về góc 0 là tâm quay.

Tính đủ Chúng ta xét một chuyển vị nhất định FF với một điểm cố định duy nhất OO. Chúng ta hãy chọn một số điểm AA, khác với OO và xem xét ảnh B=F(A)B = F(A) của nó; điểm BB khác với AA và nằm trên đường tròn (O;r)(O; r) có tâm tại điểm OO và bán kính r=∣OA∣r = |OA|.

Nếu với bất kỳ điểm AAOB^=180∘A \widehat{AOB} = 180^\circ nào thì FF là một đối xứng đối với điểm OO và điều kiện đủ được chứng minh. Giả sử bây giờ tồn tại một điểm AA sao cho AOB^=α≠180∘\widehat{AOB} = \alpha \neq 180^\circ. Xét điểm F(B)=F2(A)F(B) = F^2(A) (F2F^2 là cách viết tắt của thành phần

32


Hình 1.


Hình 2.

F∘FF\circ F). Vì chuyển động FF bảo toàn khoảng cách nên điểm F(B)F(B) lại nằm trên đường tròn (O;r)(O;r) và khoảng cách giữa các điểm F(B)F(B) và BB bằng khoảng cách giữa các điểm BB và AA. Các điều kiện này được thỏa mãn bởi hai điểm: điểm AA và điểm CC của đường tròn (O;r)(O;r) sao cho BO^C=αB\hat{O}C=\alpha (Hình 1). Nhưng nếu F(B)=AF(B)=A thì trung điểm của đoạn ABAB - điểm DD - là điểm cố định của phép biến đổi FF: F(D)=DF(D)=D (chứng minh!), và điều này mâu thuẫn với thực tế rằng điểm OO là điểm cố định duy nhất FF. Điều này có nghĩa là F(B)=CF(B)=C và chúng tôi đã chứng minh rằng độ dịch chuyển FF, giống như ROαR_O^\alpha, lấy các điểm OO, AA và BB, không nằm trên cùng một đường thẳng, lần lượt là các điểm OO, BB và CC. Từ Định lý 1 suy ra F=ROαF=R_O^\alpha. Định lý đã được chứng minh.

Xét các phép quay ROαR_O^\alpha và ROβR_O^\beta có tâm chung OO. Kết quả của sự tạo thành của chúng là sự quay quanh cùng một tâm OO một góc α+β\alpha+\beta:
ROβ∘ROα=ROα+β.R_O^\beta\circ R_O^\alpha=R_O^{\alpha+\beta}.

(Để chứng minh đầy đủ công thức này cần phải phân tích một số trường hợp đặc biệt - hãy tự mình thực hiện việc này.)

Vì luôn có α+β=β+α\alpha+\beta=\beta+\alpha nên

Rβ∘Rα=Rβ+α=Rα+β=Rα∘Rβ,R^\beta\circ R^\alpha=R^{\beta+\alpha}=R^{\alpha+\beta}=R^\alpha\circ R^\beta,

và thành phần của các vòng có tâm chung là giao hoán.

Bây giờ có hai lượt RO1α1R_{O_1}^{\alpha_1} và RO2α2R_{O_2}^{\alpha_2} với các tâm khác nhau

O1O_1 và O2O_2 và các góc α1\alpha_1 và α2\alpha_2 sao cho α1\alpha_1 và α2\alpha_2 cùng dấu (tức là các góc rẽ cùng hướng) và ∣α1+α2∣≠360∘|\alpha_1+\alpha_2|\neq 360^\circ. Chúng tôi sẽ chỉ ra rằng trong trường hợp này bố cục RO2α2∘RO1α1R_{O_2}^{\alpha_2}\circ R_{O_1}^{\alpha_1} của chúng là một phép quay qua góc α1+α2\alpha_1+\alpha_2 và chúng tôi sẽ tìm ra tâm của phép quay này.

Để ngắn gọn, chúng ta hãy biểu thị phép quay RO1α1R_{O_1}^{\alpha_1} bằng R1R_1, phép quay RO2α2R_{O_2}^{\alpha_2} bằng R2R_2. Chúng ta cần tìm tất cả các điểm dịch chuyển cố định R2∘R1R_2\circ R_1.

Giả sử rằng một số điểm của mặt phẳng AA là điểm dịch chuyển cố định R2R1R_2R_1, tức là R2(R1(A))=AR_2(R_1(A))=A. Biểu thị điểm R1(A)R_1(A) bằng BB, chúng ta thu được R2(B)=AR_2(B)=A đó. Từ đẳng thức này suy ra rằng điểm O2O_2 cách đều các điểm AA và BB; nhưng vì B=R1(A)B=R_1(A), nên điểm O1O_1 cách đều các điểm AA và BB; do đó, các điểm AA và B=R1(A)B=R_1(A) phải đối xứng với đường thẳng O1O2O_1O_2 (Hình 2).

Vì AO^1B=α1A\hat{O}_1B=\alpha_1 và các điểm AA và BB đối xứng với đường thẳng O1O2O_1O_2 nên điểm AA phải nằm trên đường thẳng l1l_1, đi qua điểm O1O_1 và biến đổi khi quay quanh điểm O1O_1 một góc α1/2\alpha_1/2 thành đường thẳng O1O2O_1O_2. Mặt khác, vì BO^2A=α2B\hat{O}_2A=\alpha_2 nên điểm AA cũng phải nằm trên đường thẳng l2l_2, trong đó đường thẳng O1O2O_1O_2 đi vào

33

khi quay qua một góc α2/2\alpha_2/2 quanh điểm O2O_2. Theo giả định ∣α1+α2∣2≠180∘\frac{|\alpha_1 + \alpha_2|}{2} \neq 180^\circ, điều này có nghĩa là các đường thẳng l1l_1 và l2l_2 không song song, tức là chúng cắt nhau tại một điểm duy nhất - điểm AA. Vì vậy, điểm AA giao điểm của đường l1l_1 và l2l_2 là điểm dịch chuyển cố định duy nhất R2∘R1R_2 \circ R_1. Từ Định lý 2, suy ra rằng chuyển vị R2∘R1R_2 \circ R_1 là phép quay quanh AA. Hãy tìm góc quay này.

Để làm điều này, chỉ cần tìm hình ảnh của một điểm tùy ý khác với tâm AA bằng cách xoay R2∘R1R_2 \circ R_1 xung quanh AA là đủ. Cách thuận tiện nhất là lấy điểm O1O_1. Xoay R1R_1 để nó ở đúng vị trí và xoay R2R_2 di chuyển nó đến một điểm CC sao cho ∣O2O1∣=∣O2C∣|O_2O_1| = |O_2C| và O1O^2C=α2O_1\widehat{O}_2C = \alpha_2 (Hình 2). Do đó, chuyển động của R2∘R1R_2 \circ R_1 là chuyển động quay quanh AA một góc O1AC^\widehat{O_1AC}. Hãy tính góc này cho trường hợp 0∘<α1+α2<360∘0^\circ < \alpha_1 + \alpha_2 < 360^\circ (Hình 2).

CAO^2=O2AO^1=180∘−α1/2−α2/2,\widehat{CAO}_2 = O_2\widehat{AO}_1 = 180^\circ - \alpha_1/2 - \alpha_2/2,
O1AC^=360∘−CAO^2−O2AO^1=α1+α2.O_1\widehat{AC} = 360^\circ - \widehat{CAO}_2 - O_2\widehat{AO}_1 = \alpha_1 + \alpha_2.

(Đối với trường hợp −360∘<α1+α2<0∘-360^\circ < \alpha_1 + \alpha_2 < 0^\circ nên sử dụng)

Nhiệm vụ 3. Bố cục R02α2R_{02}^{\alpha_2}. ∘R01α1\circ R_{01}^{\alpha_1} của hai lượt R01α1R_{01}^{\alpha_1} và R02α2R_{02}^{\alpha_2} với các tâm khác nhau O1O_1 và O2O_2 và số phận của các lượt α1\alpha_1 và α2\alpha_2 tối đa hóa rằng α1\alpha_1 và α2\alpha_2 là ký hiệu một vùng uu ∣α1+α2∣<360∘|\alpha_1 + \alpha_2| < 360^\circ, là một vòng quay qua góc α1+α2\alpha_1 + \alpha_2. Tâm quay này là điểm chuyển động của các đường thẳng l1l_1 và l2l_2, trong đó l1l_1 là đường thẳng đi qua điểm O1O_1 và biến đổi khi quay quanh điểm O1O_1 một góc α1/2\alpha_1/2 thành đường thẳng O1O2O_1O_2, và l2l_2 là đường thẳng tại đó nó chuyển thành đường thẳng O1O2O_1O_2 khi quay quanh điểm O2O_2 theo góc α2/2\alpha_2/2.

Lưu ý rằng nếu điều kiện 3 được đáp ứng thì thành phần R01α1R_{01}^{\alpha_1}.

Hình 3.

∘R02α2\circ R_{02}^{\alpha_2} là phép quay theo góc α1+α2\alpha_1 + \alpha_2 xung quanh BB, đối xứng với điểm AA so với đường thẳng O1O2O_1O_2. Điều này chứng tỏ rằng thành phần của các vòng có tâm khác nhau không có tính chất giao hoán.

Bài tập 1. Chứng minh rằng tổ hợp của hai phép quay có tâm O1O_1, O2O_2 và các góc quay α1\alpha_1, α2\alpha_2 sao cho α1\alpha_1 và α2\alpha_2 là dấu một miền uu ∣α1+α2∣=360∘|\alpha_1 + \alpha_2| = 360^\circ là dịch song song. Xây dựng bản dịch song song này cho O1O_1, O2O_2, α1\alpha_1. Thành phần của hai vòng quay như vậy có tính chất giao hoán không? (Gợi ý: bố cục khoảng cách đối xứng với hai điểm khác nhau.)

Nhiệm vụ 2. Tìm bố cục:
a) hai trục đối xứng;
b) tịnh tiến và quay song song.

Khám phá khả năng vận chuyển của thành phần của các loại chuyển động khác nhau.

Bài tập

Bây giờ chúng ta hãy thử áp dụng các kết quả thu được cho lời giải của một số vật thể phẳng bài toán.

Trước tiên chúng ta hãy xem xét điều này bài toán (nó sẽ giúp chúng ta sau này):

Trên mặt phẳng có hai hình vuông A1B1A2C1A_1B_1A_2C_1 và A2B2A3C2A_2B_2A_3C_2 có chung một đỉnh A2A_2 (xem Hình 3). Đặt O1O_1 và O2O_2 là tâm của các hình vuông, BB là trung điểm của đoạn B1B2B_1B_2, CC là trung điểm của đoạn C1C2C_1C_2. Chứng minh rằng O1BO2CO_1BO_2C là hình vuông.

Tất nhiên, bài toán này có thể được giải mà không cần các phép biến đổi hình học, bằng cách tạo ra các cách xây dựng bổ sung và xem xét các tam giác dựng không ctor. Tuy nhiên, bài toán nói gì về “đúng”

34

hình - hình vuông - gợi ý ý tưởng cố gắng áp dụng các phép biến đổi hình học cho lời giải của nó.

Lưu ý rằng xoay 90° quanh điểm O1O_1 sẽ di chuyển điểm B1B_1 đến điểm A2A_2 và xoay 90° quanh điểm O2O_2 sẽ di chuyển điểm A2A_2 tới điểm B2B_2. Theo Định lý 3, thành phần của hai phép quay này là phép quay 180°, tức là sự đối xứng tâm quanh một điểm nào đó. Vì kết quả của việc thực hiện tuần tự hai lượt này, điểm B1B_1 sẽ chuyển thành điểm B2B_2, nên bố cục của các lượt được xem xét sẽ đối xứng với một đoạn nhất định B1B2B_1B_2 - điểm BB. Mặt khác, từ Định lý 3, suy ra rằng tâm hợp thành của hai phép quay này nằm ở giao điểm của hai đường thẳng lần lượt đi qua các điểm O1O_1 và O2O_2, hợp với đường thẳng O1O2O_1O_2 một góc 45°. Điều này có nghĩa là các đường thẳng này cắt nhau tại điểm BB và tam giác O1BO2O_1BO_2 là tam giác đều và vuông ở đỉnh BB. Tương tự, người ta chứng minh tam giác O1CO2O_1CO_2 là tam giác đều, vuông tại đỉnh CC. Sự kết hợp của hai tam giác này tạo thành bình phương O1BO2CO_1BO_2C, đó là điều chúng ta cần chứng minh.

Hai bài toán tiếp theo là bài toán M291 và M297 từ “Vấn đề «Kvant»” (xem «Kvant», 1974, số 911, 12). Lời giải trong số bài toán này, với sự trợ giúp của các phép biến đổi hình học, hóa ra không chỉ đơn giản và thanh lịch hơn mà còn có ý nghĩa hơn so với lời giải truyền thống, dựa trên các kỹ thuật nhân tạo khác nhau.

M291. Trên các cạnh A2A3A_2A_3, A3A1A_3A_1, A1A2A_1A_2 của tam giác A1A2A3A_1A_2A_3 các hình vuông có tâm O1O_1, O2O_2, O3O_3 nằm bên ngoài tam giác được dựng (Hình 4). Chứng minh rằng:

a) các đoạn O1O2O_1O_2 và A3O3A_3O_3 có chiều dài bằng nhau và vuông góc với nhau;
b) trung điểm của các đoạn A3A1A_3A_1, O1O2O_1O_2, A3A2A_3A_2 và A3O3A_3O_3 là các đỉnh của hình vuông;

Hình 4.

c) diện tích hình vuông này nhỏ hơn 8 lần diện tích hình vuông có tâm O3O_3.

Chúng ta hãy biểu thị bằng B1B_1 điểm giữa của đoạn A3A2A_3A_2 và B2B_2 là điểm giữa của đoạn A1A3A_1A_3. Áp dụng kết quả của bài toán trước đó cho các hình vuông có tâm O2O_2 và O3O_3, chúng ta thu được rằng tam giác O2B1O3O_2B_1O_3 là tam giác đều và có một góc vuông ở đỉnh B1B_1. Do đó, phép quay 90° quanh điểm B1B_1 sẽ biến đoạn A3O3A_3O_3 thành đoạn O1O2O_1O_2, điều này chứng tỏ câu a). Vì phép quay 90° quanh điểm B2B_2 lấy điểm O2O_2 đến điểm A3A_3, nên, áp dụng Định lý 3 cho thành phần của hai phép quay này (xung quanh các điểm B1B_1 và B2B_2), chúng ta thu được, như trong bài toán trước đó, rằng tam giác B2C1B1B_2C_1B_1, trong đó C1C_1 là điểm giữa của đoạn A3O3A_3O_3, là cạnh bằng một góc vuông ở đỉnh C1C_1. Tương tự, tam giác B2C2B1B_2C_2B_1, trong đó C2C_2 là trung điểm của đoạn O1O2O_1O_2, là tam giác đều và vuông tại đỉnh C2C_2, và khẳng định b) đã được chứng minh. Tuyên bố c) xuất phát từ thực tế là đường chéo B2B1B_2B_1 của hình vuông thu được là đường giữa của tam giác A1A2A3A_1A_2A_3 bằng một nửa kích thước cạnh A1A2A_1A_2 của hình vuông có tâm O3O_3.

M297. Có 12 điểm cho trên mặt phẳng, là các đỉnh của bốn hình vuông A1B1A2C1A_1B_1A_2C_1, A2C2A3B2A_2C_2A_3B_2, A3B3A4C3A_3B_3A_4C_3 và A4C4A1B4A_4C_4A_1B_4 (các đỉnh của mỗi hình vuông được liệt kê theo chiều kim đồng hồ, Hình 5). Chứng minh

35

rằng B1B2B3B4B_1B_2B_3B_4 và C1C2C3C4C_1C_2C_3C_4 là các hình bình hành nối tiếp nhau, một trong số đó thu được từ hình bình hành kia bằng cách quay 90∘90^\circ (các hình bình hành này có thể suy biến: các đỉnh của một trong hai hình bình hành trong trường hợp này nằm trên cùng một đường thẳng).

Gọi D1D_1 là trung điểm của đoạn A1A3A_1A_3, D2D_2 là trung điểm của đoạn A2A4A_2A_4.

Xem xét thành phần của hai phép quay tương ứng theo các góc 90∘90^\circ (với tâm ở các đỉnh tương ứng của các hình vuông đã cho, xem Hình 5), như trước đây, chúng ta thu được rằng các tam giác B1D1C2B_1D_1C_2, B3D1C4B_3D_1C_4, B4D1C3B_4D_1C_3 và B2D1C1B_2D_1C_1 là các tam giác đều có một góc vuông ở đỉnh D1D_1.

Do đó, phép quay một góc 90∘90^\circ quanh điểm D1D_1 sẽ biến tứ giác B1B4B3B2B_1B_4B_3B_2 thành tứ giác C2C3C4C1C_2C_3C_4C_1, điều này chứng tỏ chúng bằng nhau (đồng thời ta thu được rằng các đoạn B1B3B_1B_3 và C2C4C_2C_4 có chiều dài bằng nhau và vuông góc với nhau, đây là dạng tổng quát của câu a) bài toán M291 cho trường hợp một tứ giác tùy ý A1A2A3A4A_1A_2A_3A_4).

Chẳng hạn, vẫn còn phải chứng minh rằng tứ giác B1B2B3B4B_1B_2B_3B_4 là hình bình hành. Để làm điều này, hãy lưu ý rằng tất cả các hình tam giác C2D2B3C_2D_2B_3, C4D2B1C_4D_2B_1, C3D2B2C_3D_2B_2, C1D2B4C_1D_2B_4 đều đều có một góc vuông ở đỉnh

Hình 5.

xe buýt D2D_2. Điều này có nghĩa là phép quay một góc 90∘90^\circ quanh điểm D2D_2 sẽ biến tứ giác C2C3C4C1C_2C_3C_4C_1 thành tứ giác B3B2B1B4B_3B_2B_1B_4. Thành phần của hai phép quay quanh điểm D1D_1 và D2D_2 theo các góc 90∘90^\circ là một đối xứng trung tâm đối với một số O1O_1 và ánh xạ tứ giác B1B4B3B2B_1B_4B_3B_2 lên chính nó sao cho các đỉnh B1B_1 và B3B_3, B2B_2 và B4B_4 thay đổi ở một số điểm những nơi. Từ đó suy ra rằng tứ giác B1B2B3B4B_1B_2B_3B_4 đối xứng tâm, tức là hình bình hành, và đây là điều cần phải chứng minh.

Áp dụng Định lý 3 vào thành phần phép quay theo góc 90∘90^\circ quanh điểm D1D_1 và D2D_2, ta cũng thu được tâm O1O_1 và O2O_2 của các hình bình hành B1B2B3B4B_1B_2B_3B_4 và C1C2C3C4C_1C_2C_3C_4, và trung điểm D1D_1 và D2D_2 của các đường chéo của tứ giác A1A2A3A4A_1A_2A_3A_4 là các đỉnh của hình vuông.

Câu này là sự tổng quát của câu b) bài toán M291 đối với trường hợp tứ giác tùy ý A1A2A3A4A_1A_2A_3A_4.

Bây giờ chứng minh rằng với điều kiện bài toán M297, trung điểm của dãy tứ giác B1C2B3C4B_1C_2B_3C_4 và C1B4C3B2C_1B_4C_3B_2 là các đỉnh của hình vuông. Tâm của các hình vuông này và hình vuông D1O1D2O2D_1O_1D_2O_2 trùng nhau và nằm ở tâm bãi của tứ giác A1A2A3A4A_1A_2A_3A_4.

Và cuối cùng, bài toán, được đề xuất vào năm 1961 tại loại thứ hai của Olympic Toán học XXIV Moscow. Sau đó, bài toán này chỉ được giải bởi hai người tham gia olimpida, cả hai đều sử dụng các phép biến đổi hình học. Telery, khi bạn đã thành thạo phép biến đổi hình học kỹ thuật, nó lời giải sẽ không gây nhiều khó khăn cho bạn.

Bài toán 3. Các điểm AA và BB chuyển động đều và có vận tốc góc bằng nhau dọc theo đường tròn O1O_1 và O2O_2 tương ứng (mũi tên công nghiệp). Chứng minh rằng đỉnh CC của tam giác đều ABCABC cũng nhân đôi đều dọc theo một đường tròn nhất định.