МКОУ «Аннинская СОШ с УИОП»
Симметрия в пространстве
Симметрия
Симметрия в широком смысле - соответствие, неизменность, проявляемые при каких-либо изменениях, преобразованиях.
Центральная симметрия
Параллельный перенос
Осевая симметрия
Симметрия
Зеркальное отражение или зеркальная симметрия - движение евклидова пространства, множество неподвижных точек которого является гиперплоскостью (в случае трехмерного пространства - просто плоскостью).
Осевая симметрия
При осевой симметрии каждая точка фигуры переходят в точку, симметричную ей относительно плоскости
Осевая симметрия
Центральная симметрия
Центральной симметрией относительно точки A называют преобразование пространства, переводящее точку X в такую точку X′, что A - середина отрезка XX′.
Центральная симметрия
Центральная симметрия
Её можно представить как композицию отражения относительно плоскости, проходящей через центр симметрии, с поворотом на 180° относительно прямой, проходящей через центр симметрии и перпендикулярной вышеупомянутой плоскости отражения.
Параллельный перенос
Параллельный перенос ― частный случай движения, при котором все точки пространства перемещаются в одном и том же направлении на одно и то же расстояние.
Параллельный перенос
Симметрия в физике
В теоретической физике, поведение физической системы описывается некоторыми уравнениями. Если эти уравнения обладают какими-либо симметриями, то часто удаётся упростить их решение путём нахождения сохраняющихся величин (интегралов движения ).
Симметрия в биологии
Симметрия в биологии - это закономерное расположение подобных частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии.
Симметрия в химии
Симметрия важна для химии, так как она объясняет наблюдения в спектроскопии, квантовой химии и кристаллографии.
Симметрия в религиозных символах
Предполагается, что тенденция людей видеть цель в симметрии, является одной из причин, почему симметрия часто является неотъемлемой частью символов мировых религий. Вот лишь некоторые из многих примеров, изображённые на рисунке.
Симметрия в социальных взаимодействиях
Люди наблюдают симметричную природу (также включающую асимметричный баланс) социального взаимодействия в различных контекстах. Они включают оценки взаимности, эмпатии, извинения, диалога, уважения, справедливости и мести. Симметричные взаимодействия посылают сигналы «мы одинаковые», а асимметричные взаимодействия выражают мысль «я особый, лучше, чем ты».
§ 1 Что такое симметрия
Цитатой этого урока послужит высказывание известного ученого, создателя кибернетики Норберта Винера, которое очень точно выражает все то, о чем сегодня пойдет речь.
«Высшее назначение математики - находить красоту, гармонию и порядок в хаосе, который нас окружает».
Симметрия один из законов обеспечивающих гармонию вселенной, о ней мы и поведем сегодня речь и расширим те понятия, которые были введены на уроках планиметрии.
В повседневном языке слово симметрия употребляется в двух значениях. В одном смысле симметричное означает нечто, обладающее хорошим соотношением пропорций, уравновешенное, а симметрия обозначает тот вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в единое целое. Красота тесно связана с симметрией. Об этом говорит, например, в своей книге о пропорциях Поликлет - ваятель, скульптуры которого служили предметом восхищения древних за их гармоничное совершенство. Образ весов является естественным связующим звеном, которое подводит ко второму смыслу слова симметрия, употребляемому в наше время: зеркальная симметрия - симметрия левого и правого, столь заметная в строении тел у высших животных и человека.
Зеркальная симметрия выступает как частный случай геометрического понятия симметрии, относящегося к таким операциям, как отражение или вращение.
Пифагорейцы считали наиболее совершенными геометрическими фигурами на плоскости — окружность, а в пространстве - сферу в силу их полной поворотной симметрии.
Симметрия в широком или узком смысле является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытается постичь и создать порядок, красоту и совершенство. Так свойства пространства и времени ведут к симметрии, к закономерности в природе как проявлению ее гармонии
§ 2 Симметрия относительно точки
В планиметрии мы рассматривали фигуры, симметричные относительно точки и относительно прямой. В стереометрии рассматривают симметрию относительно точки, прямой и плоскости.
Точки А и А1 называются симметричными относительно точки О (центра симметрии), если О - середина отрезка АА1. Точка О считается симметричной самой себе. Примером центральной симметрии может послужить цветок или узор
§ 3 Симметрия относительно прямой
Точки А и А1 называются симметричными относительно прямой а (ось симметрии), если прямая а проходит через середину отрезка АА1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка прямой а считается симметричной самой себе.
Примером такой симметрии могут послужить не только прелестные бабочки, но и даже целые здания, такие как
корпус Московского государственного университета им. Ломоносова,
Храм Христа Спасителя,
мавзолей- мечеть Тадж-Махал.
§ 4 Симметрия относительно плоскости
В пространственной геометрии добавим симметрию относительно плоскости.
Точки А и А1 называются симметричными относительно плоскости α (плоскость симметрии), если плоскость α проходит через середину отрезка АА1 и перпендикулярна к этому отрезку. Каждая точка плоскости α считается симметричной самой себе.
Изучая стереометрию, можно также говорить о центре, оси и плоскости симметрии фигуры.
Точка (прямая, плоскость) называется центром (осью, плоскостью) симметрии фигуры, если каждая точка фигуры симметрична относительно нее некоторой точке той же фигуры. Если фигура имеет центр (ось, плоскость симметрии), то говорят, что она обладает центральной (осевой, зеркальной) симметрией.
На рисунках вы сейчас можете увидеть прямоугольный параллелепипед, а так же его центр симметрии, ось симметрии, плоскость симметрии.
Параллелепипед, не являющийся прямоугольным, но являющийся прямой призмой, имеет плоскость (или плоскости, если его основание - ромб), ось и центр симметрии.
§ 5 Асимметрия
Фигура может иметь один или несколько центров симметрии (осей, плоскостей симметрии). Например, куб имеет только один центр симметрии и несколько осей и плоскостей симметрии. Существуют фигуры, имеющие бесконечно много центров, осей или плоскостей симметрии. Простейшими из таких фигур являются прямая и плоскость. И наоборот, существуют такие фигуры, которые не имеют центров, осей или плоскостей симметрии. В этом случае говорят еще об одном математическом понятии как асимметрия, которое обозначает отсутствие симметрии. Сегодня биологи и психологи, химики и врачи пытаются сообща справиться с загадками симметрии и разгадать тайны левого и правого. Каждый день мы смотрим в зеркало, но редко задумываемся о том, что в отражении правая рука превращается в левую. Зачем природа создала и дублировала некоторые функции полушарий, руки, ноги, глаза, а рот у человека один. Удивительно при всей нашей симметрии мы ассиметричны. Современные компьютерные технологии позволяют увидеть, каким бы был человек только из левых половин лица или из правых. Результат ошеломляет большинство увидевших получившиеся портреты. Право и левополушарные лица оказываются непохожими между собой. Оглянитесь вокруг, может быть, и вы увидите симметрию и асимметрию вокруг и восхититесь ею.
- Геометрия. 10 – 11 классы: учебник для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / [ Л. С. Атанасян, В. Ф. Бутузов, С.Б. Кадомцев и др.]. – 22-е изд. – М. : Просвещение, 2013. – 255 с. : ил. – (МГУ - в школе)
- Учебно – методическое пособие в помощь школьному учителю Составитель Яровенко В.А. Поурочные разработки по геометрии к учебному комплекту Л. С. Атанасяна и др. (М. : Просвещение) 10 класс
- Рабинович Е. М. Задачи и упражнения на готовых чертежах. 10 – 11 классы. Геометрия. – М. : Илекса, 2006 . – 80 с.
- М. Я Выгодский Справочник по элементарной математике М. : АСТ Астрель, 2006. - 509с.
- Аванта+. Энциклопедия для детей. Том 11. Математика 2-е изд., перераб. - М.: Мир энциклопедий Аванта+: Астрель 2007. - 621 с. Ред. коллегия: М. Аксёнова, В. Володин, М. Самсонов
Слайд 2
Форма урока:Урок – семинар, решение проблемного вопроса
Цели урока: Актуализировать личностное осмысление учащимися учебного материала «Движения в пространстве» Содействовать сознательному пониманию прикладного значения темы, развитию умения видеть в окружающей действительности изучаемые виды движений Развивать познавательный интерес к построению образов объектов при различных видах движений Способствовать грамотному усвоению темы, отработке практических навыков
Слайд 3
Симметрия является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытался постичь и создать порядок, красоту и совершенство.Г. Вейль.
Слайд 4
Движение пространства - это отображение пространства на себя, сохраняющее расстояние между точками.
Слайд 5
Центральная симметрия
Слайд 6
Центральная симметрия – отображение пространства на себе, при котором любая точка М переходит в симметричную ей точку М1 относительно данного центра О.
Слайд 7
Слайд 8
Слайд 9
Фигуры, обладающие Центральной симметрией
Слайд 10
Ст. метро Сокол
Слайд 11
Ст. метро Римская
Слайд 12
Павильон Культура, ВВЦ
Слайд 13
.О
Слайд 14
Осевая симметрия
Слайд 15
Осевой симметрией с осью а называется такое отображение пространства на себя, при котором любая точка М переходит в симметричную ей точку М1 относительно оси а. Осевая симметрия – это движение. а Осевая симметрия M M1
Слайд 16
Х y Z О M(x;y;z) M1(x1;y1;z1) Докажем, что осевая симметрия является движением. Для этого введем прямоугольную систему координат Oxyzтак, чтобы ось Oz совпала с осью симметрии, и установим связь между координатами двух точек M(x;y;z) и M1(x1;y1 ;z1) симметричных относительно оси Oz. Если точка М не лежит на оси Oz, то ось Oz: 1) проходит через середину отрезка MM1 и 2) перпендикулярна к нему. Из первого условия по формулам для координат середины отрезка получаем (x+x1)/2=0 и (y+y1)/2=0, откуда x1=-x и y1=-z. Второе условие означает, что аппликаты точек M и M1 равны: z1=z. Доказательство
Слайд 17
Доказательство
Рассмотрим теперь любые две точки A(x1;y1;z1) и B(x2;y2;z2) и докажем, что расстояние между симметричными им точками A1 и B1 равно AB. Точки A1 и B1 имеют координаты A1(-x1;-y1;-z1) и B1(-x1;-y1;-z1) По формуле расстояния между двумя точками находим: AB=\/(x2-x1)²+(y2-y1)²+(z2-z1), A1B1=\/(-x2+x1)²+(-y2+y1)²+(-z2+z1). Из этих соотношений ясно, что AB=A1B1, что и требовалось доказать.
Слайд 18
Применение
Осевая симметрия встречается очень часто. Ее можно увидеть как в природе: листья растений или цветы, тело животных насекомых и даже человека, так и в творении самого человека: здания, автомобили, техника и многое другое.
Слайд 19
Слайд 20
Применение осевой симметрии в жизни
Архитектурные строения
Слайд 21
Снежинки и тело человека
Слайд 22
Эйфелева Башня сова
Слайд 23
Что может быть больше похоже на мою руку или мое ухо, чем их собственное отражение в зеркале? И все же руку которую я вижу в зеркале, нельзя поставить на место настоящей руки. Эммануил Кант.Зеркальная симметрия
Слайд 24
Отображение объемной фигуры, при котором каждой ее точкесоответствует точка, симметричная ей относительно данной плоскости,называется отражением объемной фигуры в этой плоскости (или зеркальнойсимметрией).
Слайд 25
Теорема 1. Отражение в плоскости сохраняет расстояния и, стало быть,является движением.Теорема 2. Движение, при котором все точки некоторой плоскостинеподвижны, является отражением в этой плоскости или тождественнымотображением.Зеркальная симметрия задается указанием одной пары соответствующихточек, не лежащих в плоскости симметрии: плоскость симметрии проходитчерез середину отрезка, соединяющего эти точки, перпендикулярно к нему.
Слайд 26
Докажем, что зеркальная симметрия – это движениеДля этого введем прямоугольную систему координат Оxyz так, чтобы плоскость Оxy совпала с плоскостью симметрии, и установим связь между координатами двух точек М(x; y; z) и М1(x1;y1;z1), симметричных относительно плоскости Оxy.
Слайд 27
Если точка М не лежит в плоскости Оxy, то эта плоскость: 1) проходит через середину отрезка ММ1 и 2) перпендикулярна к нему. Из первого условия по формуле координат середины отрезка получаем (z+z1)/2=0, откуда z1=-z. Второе условие означает, что отрезок ММ1 параллелен оси Оz, и. следовательно, х1=х, у1=у. М лежит в плоскости Oxy. Рассмотрим теперь две точки А (х1;у1;z1) и В (х2;у2;z2) и докажем, что расстояние между симметричными им точками А1(х1;у1;-z1) и В (х2;у2;-z2). По формуле расстояния между двумя точками находим: АВ= корень квадратный из (х2-х1)2+(у2-у1)2+(z2-z1)2, А1В1=корень квадратный из (х2-х1)2+(у2-у1)2+(-z2-z1)2. Из этих соотношений ясно, что и требовалось доказать.
Слайд 28
Симметрия относительно плоскости (зеркальная симметрия) пространства есть движение, а значит, обладает всеми свойствами движений: переводит прямую в прямую, плоскость --- в плоскость. Кроме того, это преобразование пространства, совпадающее со своим обратным: композиция двух симметрий относительно одной и той же плоскости есть тождественное преобразование. При симметрии относительно плоскости все точки этой плоскости, и только они, остаются на месте (неподвижные точки преобразования). Прямые, лежащие в плоскости симметрии и перпендикулярные ей, переходят в себя. Плоскости, перпендикулярные плоскости симметрии также переходят в себя. Симметрия относительно плоскости является движением второго рода (меняет ориентацию тетраэдра).
Слайд 29
Шар симметричен относительно любой оси, проходящей через его центр.
Слайд 30
Прямой круговой цилиндр симметричен относительно любой плоскости, проходящей через его ось.
Слайд 31
Правильная n-угольная пирамида при четном n симметрична относительно любой плоскости, проходящей через ее высоту и наибольшую диагональ основания.
Слайд 32
Обычно считают,что наблюдаемый в зеркале двойник является точной копией самого объекта. В действительности это не совсем так. Зеркало не просто копирует объект, а меняет местами (переставляет) передние и задние по отношению к зеркалу части объекта. В сравнении с самим объектом его зеркальный двойник оказывается "вывернутым" вдоль направления перпендикулярного к плоскости зеркала.Этот эффект хорошо виден на одном рисунке и фактически незаметен на другом.
Слайд 33
Предположим,что одна половина объекта является зеркальным двойником по отношению к другой его половине. Такой объект называют зеркально симметричным.Он преобразуется сам в себя при отражении в соответствующей зеркальной плоскости. Эту плоскость называют плоскостью симметрии.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
СИММЕТРИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ А А 1 О Точки А и А1 называются симметричными относительно точки О (центр симметрии), если О – середина отрезка АА1 . Точка О считается симметричной самой себе.
СИММЕТРИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ Точки А и А1 называются симметричными относительно прямой (ось симметрии), если прямая проходит через середину отрезка АА1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка прямой а считается симметричной самой себе. Лист, снежинка, бабочка – примеры осевой симметрии. А 1 А а
СИММЕТРИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ Точки А и А 1 называются симметричными относительно плоскости (плоскость симметрии), если эта плоскость проходит через середину отрезка АА 1 и перпендикулярна этому отрезку. Каждая точка плоскости считается симметричной самой себе. А А 1
Точка (прямая, плоскость) называется центром (осью, плоскостью) симметрии фигуры, если каждая точка фигуры симметрична относительно нее некоторой точке той же фигуры. Если фигура имеет центр (ось, плоскость) симметрии, то говорят, что она обладает центральной (осевой, зеркальной) симметрией. А 1 А О А 1 А О
С симметрией мы часто встречаемся в природе, архитектуре, технике, быту. Так, многие здания симметричны относительно плоскости, например главное здание Московского государственного университета, некоторые виды деталей имеют ось симметрии. Почти все кристаллы, встречающиеся в природе, имеют центр, ось или плоскость симметрии. В геометрии центр, оси и плоскости симметрии многогранника называются элементами симметрии этого многогранника.
ПРАВИЛЬНЫЕ МНОГОГРАННИКИ
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Методическое обоснование урока. Использование знаний из физики, астрономии, МХК, биологии на уроке геометрии при обобщении систематизации сведений по теме: «Симметрия в пространстве. Правил...
