矩阵第二讲几种常见平面变换的解题技巧(下)(人教A版选修4-2)

合集下载

高中数学 2.1.1矩阵的概念教案苏教版选修4-2

2.在学校组织的数学智力竞赛中, 甲、乙、丙三位同学获得的成绩分别为: 甲95分, 乙99分, 丙89分, 如果分别用1 , 2 , 3表示甲、乙、丙三位同学, 试用矩阵表示各位同学的得分情况.
3.设A= , B= , 若A=B , 试求x , y , m , n .
4.下图是各大洋面积统计表.
海洋名
情感、态度与价值观：提供自主探索的空间，通过研究实例，学会从实际出发探究问题，总结过程，得出结论。
教学重点：恒等变换、伸压变换的概念
教学难点：恒等变换、伸压变换的矩阵
教学过程：
一、问题情境:
已知△ABC , A(2 , 0) , B(-1 , 0) , C(0 , 2) , 它们在变换T作用下保持位置不变, 能否用矩阵M来表示这一变换?
思考: 若旋转30°, 结果如何呢? 旋转45°呢?
例2、求△ABC在矩阵M= 作用下变换得到的图形, 并画出示意图, 其中A(0 , 0) , B(2 , ), C(0 , 3) .
例3、已知曲线C : y=lgx , 将它绕原点顺时针旋转90°得到曲线C′, 求C′的方程.
四、课堂小结：
五、课堂练习：练习: 书P337 , 8
六、回顾反思：
七、课外作业：
1. 将图形变换为关于x轴对称的图形的变换矩阵为_____________ .
将图形变换为关于y轴对称的图形的变换矩阵为_____________ .
将图形变换为关于原点对称的图形的变换矩阵为_____________ .
2.求△ABC在矩阵M= 作用下变换得到的图形, 其中A(1 , 1) , B(4 , 2) , C(3 , 0) .
四、课堂小结：
五、课堂练习：P331 , 2 .

人教版高中数学选修 4-2矩阵变换第三章第一节逆变换与逆矩阵

导入新课除了我们已学过的一些矩阵的性质之外还有其他性质么?知识回顾矩阵乘法的运算性质结合律(ab)c=a(bc)交换律ab=ba消去律设a≠0,若ab=a,则b=c;若ba=ca,则b=c.类比实数的乘法运算中有一条重要的运算性质：.aa a a ,a 1=1•=•10则如果 ≠把恒等变换I 和单位矩阵E 作为数1的类比对象知识与能力掌握逆矩阵的概念和简单性质过程与方法●通过线性变换理解逆矩阵的性质情感态度与价值观●培养学生提出问题,解决问题的能力重点：●逆矩阵的概念与简单性质.●逆矩阵的概念;●用线性变换的角度理解逆矩阵的简单性质.难点：探究1对于一个线性变换ρ,是否存在一个线性变换σ,使得σ·ρ=ρ·σ= I ?对于一个二阶矩阵A,是否存在一个二阶矩阵B,使得AB=BA=E?Oyx30°R －30°R 30°αα′例1 旋转变换R 30°：.y x y ,y x x 23+21=′2123=′－R －30°：.y x y ,y x x 23+21=′21+23=′－对于直角坐标系xOy 内的任意一个向量α由图可得：α′ αα有：（R 30°· R －30°）= R 30°（R －30°）= α α α同理可得：R －30°· R 30°=I∴R 30°· R －30°= I23212123－23212123－对于二阶矩阵,存在二阶矩阵,使得23212123－23212123－23212123－23212123－==E 2思考一般的旋转变换Rψ,也有相似的结论么?探究2对于切变变换、伸缩变换、反射变换等线性变换,能否找到一个线性变换,使得它们的复合变换是恒等变换I?同学们:我会了哦!你们会了么?类比书本看看答对了么?定义设ρ是一个线性变换,若存在线性变换σ,使得σρ=ρσ= I,则称变换ρ可逆,并称σ是ρ的逆矩阵.用矩阵的语言表述:设A是一个二阶矩阵,若存在二阶矩阵B,使得AB=BA=E2,则称矩阵A可逆,或A是可逆矩阵,并称B是A的逆矩阵.设A是一个二阶可逆矩阵,对于对应的线性变换为ρ,由矩阵和变换的对应关系,得到A的逆矩阵就是ρ逆变换对应的矩阵.思考是否每一个二阶矩阵都可逆?若能,请说明理由;若不能,请举例说明.答案:不是.如A =0012探究31.若一个线性变换是可逆的,则它的逆变换是唯一的么?2.若一个二阶矩阵是可逆的,则它的逆矩阵是唯一的么?以例1中的两个旋转变换为例反证法证明:假设不唯一,则存在变换R 30°的任意一个逆变换σ,使得σ R 30°= R 30°σ= I .∴对平面上任意一个向量有,α()()()()()().R I R R R R R R R I α=α=ασ•=ασ=ασ=ασ=ασ°30°30°30°30°30°30°30°30 －－－－－）（.=σ°30假设不成立－,R ∴∴逆变换是唯一的.性质1设A是一个二阶矩阵,若A是可逆的,则A的逆矩阵是唯一的.证明：设B,B2都是A的逆矩阵,则1B1A=AB1=E2,B2A=AB2=E2.∴B=E2B1=(B2A)B1=B2(AB1）1=B2E2=B2.即：B=B2.1探究4两个可逆变换的复合变换仍可逆么?yy ,x x 2=′=′伸缩变换ρ:yx y ,y x x 23+21=′2123=′－旋转变换R 30°:它们的逆矩阵分别为:y y ,x x 21=′=′：－ρ1yx y ,y x x 23+21=′21+23=′－R －30°:任意一个平面向量: = .αy x 先经ρ·R 30°的复合变换,再经R －30°·ρ－1,最终仍得到α如图:ρOyxαR °30－R °30ρ1－()()().RR R R .I R R I R R 1°301°3011°30°30°301°30°30°301ρ=ρ=ρ•,ρ•=ρ•ρ•=ρ••ρ－－－－－－－－－且可逆即：变换）（类似：；）（∴性质2设A , B是二阶矩阵,若A,B都可逆,则AB 也可逆,且(AB)－1=B－1A－1.证明：∵(AB)(B－1A－1)=A(BB－1)A－1=AE2A－1=AA－1=E2,(B－1A－1) (AB)= B－1( AA－1)B= B－1E2B= B－1B=E2,即:(AB)(B－1A－1)=(B－1A－1)(AB)=E2∴AB可逆,且(AB)－1 = B－1A－1.课堂小结1. A是一个二阶矩阵,若存在二阶矩阵B,使,则称矩阵A可逆.得AB=BA=E22.A是一个二阶矩阵,若A是可逆的,则A的逆矩阵是唯一的.3.A, B是二阶矩阵,若A,B都可逆,则AB也可逆,且(AB)－1=B－1A－1.教材习题答案：）伸缩变换（ρ11.：其逆变换为可逆σ,kyy ,x x =′=′yky ,x x 1=′=′：轴的反射变换）关于（ρ2x 可逆，yy ,x x －=′=′.y y ,x x －=′=′：其逆变换为ρ1201－1201）（12.其逆矩阵为可逆,10021021）（2其逆矩阵为可逆,1000）（3不可逆θθθθcos sin sin cos －θθθθcos sin sin cos －）（4其逆矩阵为可逆,()()..I I .I ,I ,.逆变换是唯一的则矩阵都是它的逆，是可逆的，设线性变换∴∴σ=σ•=σ•ρ•σ=σ•ρ•σ=•σ=σ=ρ•σ=σ•ρ=ρ•σ=σ•ρσσρ322212*********().A AA .E A A A A ,E A A A A ,A .=====41111111－－－－－－－可逆且即：则可逆设二阶矩阵∴()()()()()().A A A .E A A EA A A A A A A A ,E A A A AE A AAA A A .E A A A A ,A .211221111221111121211===========5－－－－－－－－－－－－－－也可逆且则可逆设二阶矩阵∴∴∴。

2.逆变换与逆矩阵-湘教版选修4-2矩阵与变换教案

2.逆变换与逆矩阵-湘教版选修4-2矩阵与变换教案一、逆变换在矩阵与变换中，逆变换是一种重要的变换。

逆变换的本质是将原变换的作用反转，即将输出值映射回原输入值。

在这个过程中，需要寻找一个新的变换，使得先作用原来的变换再作用新的变换后，得到的结果是原来的输入值。

考虑一个简单的例子：将一个点绕原点旋转α角度，在用一个向量β将其平移后得到新的点。

我们可以用一个组合变换来描述这个过程：T(x,y) = (x,y)Rα(β1,β2) = (x,y)(cosα, sinα, -sinα, cosα)(1,0,0,1)+ (β1,β2)其中，Rα(β1,β2)表示先将点绕原点旋转α角度，再将其平移β1单位水平方向，β2单位垂直方向。

现在，我们想要逆转这个变换，将终点坐标(x’,y’)反向还原回起始坐标(x,y)，也就是满足下面的等式：(x', y') = (x,y)Rα(β1,β2)这个等式求解出来即可得到新的逆变换：(x,y) = (x', y')R-α(-β1,-β2) = (x', y')(cosα, -sinα, sinα, cosα)(-β1,-β2)其中，R-α(-β1,-β2)表示先将点绕原点旋转-α角度，将其平移β1单位水平方向，β2单位垂直方向，即反向执行原来的变换。

二、逆矩阵逆变换的本质是求解一个矩阵的逆矩阵。

对于任意一个可逆矩阵A，存在一个和A相乘等于单位矩阵的矩阵B，使得两个矩阵相乘的结果为单位矩阵：A ×B = B × A = I其中，A和B的乘积顺序并不影响结果，因此称A和B互为逆矩阵。

逆矩阵也满足以下性质：•对于任意可逆矩阵A和其逆矩阵B，A × B = B × A = I•对于任意可逆矩阵A，它的逆矩阵唯一对于一个2x2矩阵A = [a, b; c, d]，其逆矩阵可以通过以下公式求解：B = 1/(ad - bc) × [d, -b; -c, a]如果一个矩阵不可逆，则其行列式等于0。

高中数学选修4-2《矩阵与变换》.2.4旋转变换

长叹
固执
可彻，曾不若孀妻弱子。虽我之死，
通
有子存焉；子又生孙，孙又生子；
子又有子，子又有孙；子子孙孙，无
穷尽
穷匮也，而山不加增，何苦而不平？”
担心什么铲不平？
河曲智叟亡以应。
没有。通“无”
译文：
北山愚公长叹一声说：“你思想顽固，顽固到了不通事理的程度，连寡妇孤儿都不如。即使我死了，还有儿子在呀；儿子又生孙子，孙子又生儿子；儿子又有儿子，儿子又有孙子；子子孙孙没有穷尽的，可是山不会增高加大，还担心什么挖不平？”智叟没有话来回答。
“方七百里”
山的面积
“高万仞”
山的高度
“本在冀州之南，河阳之北” 地理位置
作用：衬托移山的艰难，更能突出愚公的品质。这是故事的背景，为下文愚公移山埋下伏笔。
朗读课文，说说写了愚公移山的哪些内容。
原因： “惩山北之塞，出入之迂也”。目的： “指通豫南，达于汉阴”。倒土的地点： “投诸渤海之尾，隐土之北”。具体的行动： “遂率子孙……运于渤海之尾”。
五、特殊句式 1.甚矣，汝之不惠倒装句 2.本在冀州之南，河阳之北省略句 3.且焉置土石倒装句，疑问代词“焉”提前。
4.遂率子孙荷担者三夫省略句，省略主语愚公。倒装句，定语“三夫”后置。
5.告之于帝倒装句，状语“于帝”后置。
6.帝感其诚被动句，译为：天帝被他的诚心所感动。
细读感悟
年且九十且焉置土石
且焉置土石始一反焉
面山而居何苦而不平而山不加增
将近况且
疑问代词，哪里。加强语气
表修饰表承接表转折
三、古今异义 1.河阳之北（古：山之南，水之北 2.惩山北之塞（古：苦于 3.达于汉阴（古：山之北，水之南

高中数学选修4-2矩阵与变换ppt版

a b x bx ax＋by ＋＝，这是矩阵与向量的乘 y d y cx＋dy c d ＋
5．线性变换的基本性质．性质 1.设 A 是一个二阶矩阵，α，β 是平面上的任意两个向设是一个二阶矩阵，，是任意实数，量，λ 是任意实数，则 ①A(λα)＝λAα. ＝
理科
│知识梳理
a A＝＝ c x b ＝，a＝y ，规定二阶矩阵 A 与向量 a 的乘积为 d
设
ax＋by ＋向量，记为 cx＋dy ＋
Aa
a 或 c
bx ， d y
即法．
a Aa＝＝ c
理科
│要点探究
【点评】要理解二阶矩阵变换的定义，熟悉五种常点评】要理解二阶矩阵变换的定义，见的矩阵变换，明确矩阵变换的特点．见的矩阵变换，明确矩阵变换的特点．
理科
│要点探究
变式题已知变换 T 把平面上的点 A(2,0)，B(3,1)分，分别变换成点 A′(2,1)，B′(3,2)，试求变换 T 对应的矩阵 M. ，，
理科
│二阶矩阵与平面图形的变换
理科
│知识梳理
知识梳理
1．二阶矩阵的定义． (1)由 4 个数 a，b，c，d 由，，，矩阵．矩阵． (2)元素全为 0 元素全为
1 矩阵 0 0 的二阶矩阵 0 a 排成的正方形数表 c
b 称为二阶 d
0 0 . 称为零矩阵，称为零矩阵，简记为 0
0 E 称为二阶单位矩阵，称为二阶单位矩阵，记为 2 . 1
理科
│知识梳理
2．几种特殊线性变换． (1)旋转变换旋转变换直线坐标系 xOy 内的每个点绕原点 O 按逆时针方向旋转 α 角的旋转变换的坐标变换公式是

选修4_2矩阵与变换1、2

选修4—2 矩阵与变换第1课时线性变换、二阶矩阵及其乘法考点新知掌握恒等变换、伸压变换、反射变换、旋转变换、投影变换、切变变换等常见的线性变换的几何表示及其几何意义，并能应用这几种常见的线性变换解决简单问题.1. 求点A(3,6)在矩阵⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤1－1012对应的变换作用下得到的点的坐标． (－3,3) 2. 点(－1，k)在伸压变换矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤m 001之下的对应点的坐标为(－2，－4)，求m 、k 的值．(m=2.k=-4)3. 已知变换T 是将平面内图形投影到直线y ＝2x 上的变换，求它所对应的矩阵．解：将平面内图形投影到直线y ＝2x 上，即是将图形上任意一点(x ，y)通过矩阵M 作用变换为(x,2x)，则有⎣⎢⎡⎦⎥⎤a 0b 0⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤x 2x ，∴⎩⎪⎨⎪⎧a ＝1b ＝2，∴T ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1020.4. 求曲线y ＝x 在矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤0110作用下变换所得的图形对应的曲线方程．(x ＝y)5. 求直线x ＋y ＝5在矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤0011对应的变换作用下得到的图形．(点(0,5))1. 变换一般地，对于平面上的任意一个点(向量)(x ，y)，若按照对应法则T ，总能对应唯一的一个平面点(向量)(x ′，y ′)，则称T 为一个变换，简记为T ：(x ，y)→(x ′，y ′)或T ：⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y →⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′.一般地，对于平面向量的变换T ，如果变换规则为T ：⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y →⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤ax ＋by cx ＋dy ，那么根据二阶矩阵与列向量的乘法规则，可以改写为⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y →⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y 的矩阵形式，反之亦然(a ，b ，c ，d ∈R )．2. 几种常见的平面变换(1) 当M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1001时，则对应的变换是恒等变换．(2) 由矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤k 001或M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤100k (k>0)确定的变换T M称为(垂直)伸压变换．(3) 反射变换是轴对称变换、中心对称变换的总称． (4) 当M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤cosθ－sinθsinθ cosθ时，对应的变换叫旋转变换，即把平面图形(或点)逆时针旋转θ角度．(5) 将一个平面图投影到某条直线(或某个点)的变换称为投影变换．(6) 由矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1k 01或⎣⎢⎡⎦⎥⎤10k 1确定的变换称为切变变换．3. 变换的复合与矩阵的乘法(1) 一般情况下，AB ≠BA ，即矩阵的乘法不满足变换律． (2) 矩阵的乘法满足结合律，即(AB )C ＝A (BC )． (3) 矩阵的乘法不满足消去律.题型1 求变换前后的曲线方程例1 (2011·盐城三模)求曲线C ：xy ＝1在矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤11－11对应的变换作用下得到的曲线C 1的方程．解：设P(x 0，y 0)为曲线C 上任意一点，它在矩阵M 对应的变换下作用得到点Q(x ，y)，由⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 11－11⎣⎢⎡⎦⎥⎤x 0y 0＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ，得⎩⎪⎨⎪⎧x 0＋y 0＝x －x 0＋y 0＝y ，解得⎩⎨⎧x 0＝x －y2y 0＝x ＋y 2.因为P(x 0，y 0)为曲线C上一点，所以x 0y 0＝1，所以x －y 2·x ＋y2＝1，即x 2－y 2＝4，所以曲线C 1的方程为x 2－y 2＝4.备选变式(教师专享) 已知矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00 2，N ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤12 001，矩阵MN 对应的变换把曲线y ＝12sin 12x 变为曲线C ，求曲线C 的方程．解： MN ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1002⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤12001＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤12002，设P(x ，y)是所求曲线C 上的任意一点，它是曲线y ＝sinx 上点P 0(x 0，y 0)在矩阵MN变换下的对应点，则有⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤12002⎣⎢⎡⎦⎥⎤x 0y 0，即⎩⎪⎨⎪⎧ x ＝12x 0y ＝2y 0.所以⎩⎪⎨⎪⎧x 0＝2x y 0＝12y . 又点P(x 0，y 0)在曲线y ＝12sin 12x 上，故y 0＝12sin 12x 0，从而12y ＝12sinx.所求曲线C 的方程为y ＝sinx.题型2 根据变换前后的曲线方程求矩阵例2 (2011·南通三模)已知圆C ：x 2＋y 2＝1在矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a 00b (a>0，b>0)对应的变换作用下变为椭圆x 29＋y 24＝1，求a ，b 的值．解：设P(x ，y)为圆C 上的任意一点，在矩阵A 对应的变换下变为另一个点P ′(x ′，y ′)，则⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a 00b ⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ，即⎩⎪⎨⎪⎧x ′＝ax y ′＝by .又因为点P ′(x ′，y ′)在椭圆x 29＋y 24＝1上，所以a 2x 29＋b 2y 24＝1.由已知条件可知，x 2＋y 2＝1，所以 a 2＝9，b 2＝4.因为 a>0，b>0，所以a ＝3，b ＝2. 变式训练(2011·南京一模)在平面直角坐标系xOy 中，直线l ：x ＋y ＋2＝0在矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1ab 4对应的变换作用下得到直线m ：x －y －4＝0，求实数a ，b 的值．解：解法1：在直线l ：x ＋y ＋2＝0上取两点A(－2,0)，B(0，－2)，A ，B 在矩阵M 对应的变换作用下分别对应于点A ′，B ′，因为⎣⎢⎡⎦⎥⎤1a b 4⎣⎢⎡⎦⎥⎤－2 0＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－2－2b ，所以A ′的坐标为(－2，－2b)；⎣⎢⎡⎦⎥⎤1a b 4⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 0－2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－2a －8，所以B ′的坐标为(－2a ，－8)；由题意A ′，B ′在直线m ：x －y －4＝0上，所以⎩⎪⎨⎪⎧(－2)－(－2b )－4＝0(－2a )－(－8)－4＝0，解得a ＝2，b ＝3. 题型3 平面变换的综合应用例3 (2010·江苏)在平面直角坐标系xOy 中，已知点A(0,0)，B(－2,0)，C(－2,1)．设k 为非零实数，矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤k 001，N ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤0110，点A 、B 、C 在矩阵MN 对应的变换下得到点分别为A 1、B 1、C 1，△A 1B 1C 1的面积是△ABC 面积的2倍，求k 的值．解：由题设得MN ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤k 001⎣⎢⎡⎦⎥⎤0110＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤0k 10，由⎣⎢⎡⎦⎥⎤0k 10⎣⎢⎡⎦⎥⎤0－2－20 0 1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤0 0 k 0－2－2，可知A 1(0,0)、B 1(0，－2)、C 1(k ，－2)．计算得△ABC 的面积是1，△A 1B 1C 1的面积是|k|，则由题设知：|k|＝2×1＝2.所以k 的值为2或－2.1. 设T 是以Ox 轴为轴的反射变换，求变换T 的矩阵．解：∵(x ′，y ′)＝(x ，－y)，而⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00－1⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ， ∴T ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00－1.2. 求圆x 2＋y 2＝1在矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤2003对应的变换下，得到的曲线的方程．解：设圆x 2＋y 2＝1上任意一点P(x 1，y 1)在矩阵A 作用下变为Q(x ，y)，则⎣⎢⎡⎦⎥⎤2003⎣⎢⎡⎦⎥⎤x 1y 1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ，所以⎩⎪⎨⎪⎧x ＝2x 1y ＝3y 1，即⎩⎨⎧x 1＝x2y 1＝y 3.代入x 21 ＋y 21 ＝1可得到椭圆方程x 24＋y 29＝1.3. 在线性变换⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1122⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y 下，直线x ＋y ＝k(k 为常数)上的所有点都变为一个点，求此点坐标．解：⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1122⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ，⎩⎪⎨⎪⎧ x ′＝x ＋y y ′＝2x ＋2y ，而x ＋y ＝k ，⎩⎪⎨⎪⎧x ′＝k y ′＝2k (k 为常数)，所以直线x ＋y ＝k(k 为常数)上的所有点都变为一个点(k,2k)．第2课时逆变换与逆矩阵、矩阵的特征值与特征向量考点新知①理解逆矩阵的意义，掌握二阶矩阵存在逆矩阵的条件，并能进行矩阵的运算． ②会求二阶矩阵的特征值和特征向量，会利用矩阵求解方程组．会利用特征值和特征向量进行矩阵运算.1. 设M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤0110，N ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤10012，求MN .⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤01210. 2. (2010·宿迁期末)已知矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a 273，若矩阵M 的逆矩阵M －1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤b －2－7a ，求a ，b 的值．（a ＝5，b ＝3.）3. 求矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤12－12的特征多项式．解：f(λ)＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪λ－1－21λ－2＝(λ－1)(λ－2)＋2＝λ2－3λ＋4.4. 求矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－12 34的特征值．解：f(λ)＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪λ＋1－2－3λ－4＝(λ＋1)(λ－4)－6＝λ2－3λ－10＝(λ＋2)(λ－5)．令f(λ)＝0，则λ1＝5，λ2＝－2.5. 求矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00－1的属于特征值－1的一个特征向量．解：当λ1＝－1时，由⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00－1⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝(－1)×⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ，⎩⎪⎨⎪⎧2x ＝0－y ＝－y ，x ＝0，令y ＝1，所以A 的属于特征值－1的特征向量α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤01.1. 逆变换与逆矩阵(1) 对于二阶矩阵A 、B ，若有AB ＝BA ＝E ，则称A 是可逆的，B 称为A 的逆矩阵．(2) 若二阶矩阵A 、B 均存在逆矩阵，则AB 也存在逆矩阵，且(AB )－1＝B －1A －1. (3) 利用行列式解二元一次方程组． 2. 特征值与特征向量(1) 设A 是一个二阶矩阵，如果对于实数λ，存在一个非零向量α，使Aα＝λα，那么λ称为A 的一个特征值，而α称为A 的属于特征值λ的一个特征向量．(2) 从几何上看，特征向量的方向经变换矩阵A 的作用后，保持在同一条直线上，这时特征向量或者方向不变(λ>0)，或者方向相反(λ<0)．特别地，当λ＝0时，特征向量就变换成零向量.题型1 求逆矩阵与逆变换例1 将曲线y ＝2sin4x 经矩阵M 变换后的曲线方程为y ＝sinx ，求变换矩阵M 的逆矩阵．解：解法1：由条件知点(x ，y)在矩阵M 作用下变换为点⎝⎛⎭⎫4x ，y 2，即M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤4x y 2，所以M ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤40012，设M －1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d ，于是有MM －1＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤40012⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1001，所以⎩⎪⎨⎪⎧ 4a ＝14b ＝0c 2＝0d 2＝1，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝14b ＝0c ＝0d ＝2，所以M 的逆矩阵为⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤14002. 解法2：由于M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤4x y 2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′， ⎩⎪⎨⎪⎧4x ＝x ′y2＝y ′，所以⎩⎪⎨⎪⎧x ＝x ′4y ＝2y ′，⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤14002⎣⎢⎡⎦⎥⎤x ′y ′，即M 的逆矩阵为⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤14002. 备选变式(教师专享) (2010·徐州市摸底)已知M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤2－1－43，N ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤4－1－31，求二阶方阵X ，使MX ＝N.解：解法1：设X ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y z w ，按题意有⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 2 －1－4 3⎣⎢⎡⎦⎥⎤x y z w ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤4 －1－3 1，根据矩阵乘法法则有⎩⎪⎨⎪⎧2x －z ＝42y －w ＝－1－4x ＋3z ＝－3－4y ＋3w ＝1，解之得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝92y ＝－1z ＝5w ＝－1.∴X ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤92－15－1 . 解法2：因为MX ＝N ，所以X ＝M －1N ，M －1＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤32 12 2 1.∴X ＝M －1N ＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤32 12 2 1·⎣⎢⎡⎦⎥⎤4－1－3 1＝⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤92 －1 5 －1. 题型2 求特征值与特征向量例2 (2011·南通三模)已知矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤2a21，其中a ∈R ，若点P(1，－2)在矩阵M 的变换下得到点P ′(－4,0)．(1) 求实数a 的值；(2) 求矩阵M 的特征值及其对应的特征向量．解：(1) 由⎣⎢⎡⎦⎥⎤2a 21⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－4 0，得2－2a ＝－4 a ＝3.(2) 由(1)知M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤2321，则矩阵M 的特征多项式为f(λ)＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪λ－2－3－2λ－1＝(λ－2)(λ－1)－6＝λ2－3λ－4.令f(λ)＝0，得矩阵M 的特征值为－1与4.当λ＝－1时，⎩⎪⎨⎪⎧(λ－2)x －3y ＝0－2x ＋(λ－1)y ＝0 x ＋y ＝0，∴矩阵M 的属于特征值－1的一个特征向量为⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－1；当λ＝4时，⎩⎪⎨⎪⎧(λ－2)x －3y ＝0－2x ＋(λ－1)y ＝0 2x －3y ＝0.∴矩阵M 的属于特征值4的一个特征向量为⎣⎢⎡⎦⎥⎤32.变式训练(2010·宿迁模拟)求矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1 00－1的特征值和特征向量，并计算M 8⎣⎢⎡⎦⎥⎤23的值．解：矩阵M 的特征多项式f(λ)＝(λ－1)(λ＋1)，令f(λ)＝0，得到矩阵M 的特征值为λ1＝1或λ2＝－1，矩阵M 的属于特征值λ1＝1的一个特征向量为α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤10，矩阵M 的属于特征值λ2＝－1的一个特征向量为α2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤01.又⎣⎢⎡⎦⎥⎤23＝2α1＋3α2.所以M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤23＝M (2α1＋3α2)＝2(Mα1)＋3(Mα2)＝2(λ1α1)＋3(λ2α2)，M 8⎣⎢⎡⎦⎥⎤23＝M 8(2α1＋3α2)＝2(M 8α1)＋3(M 8α2)＝2·18⎣⎢⎡⎦⎥⎤10＋3·(－1)8⎣⎢⎡⎦⎥⎤01＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤23. 题型3 根据特征值或特征向量求矩阵例3 (2011·南通泰州二模)已知二阶矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d ，矩阵A 属于特征值λ1＝－1的一个特征向量为α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1，属于特征值λ2＝4的一个特征向量为α2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤32.求矩阵A .解：由特征值、特征向量定义可知，Aα1＝λ1α1，即⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1＝－1×⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1，得⎩⎪⎨⎪⎧a －b ＝－1c －d ＝1. 同理可得⎩⎪⎨⎪⎧3a ＋2b ＝123c ＋2d ＝8，解得a ＝2，b ＝3，c ＝2，d ＝1.因此矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤2321.备选变式(教师专享)(2010·徐州市第三次调研)已知矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b cd ，若矩阵A 属于特征值3的一个特征向量为α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤11，属于特征值－1的一个特征向量为α2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1，求矩阵A .解：由矩阵A 属于特征值3的一个特征向量为α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤11，可得⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b cd ⎣⎢⎡⎦⎥⎤11＝3⎣⎢⎡⎦⎥⎤11，即⎩⎪⎨⎪⎧a ＋b ＝3c ＋d ＝3 . 由矩阵A 属于特征值2的一个特征向量为α2＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－1，可得⎣⎢⎡⎦⎥⎤a b c d ⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1＝(－1)⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1－1，即⎩⎪⎨⎪⎧a －b ＝－1c －d ＝1，解得⎩⎪⎨⎪⎧a ＝1b ＝2c ＝2d ＝1 ，即矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1221.1. 求矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤3221的逆矩阵．A 的逆矩阵为A －1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－1 2 2－3.2. 若N ⎣⎢⎡⎦⎥⎤4231＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤－3 2 2－1，求矩阵N .⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 92－7－524. 3. (2011·徐州一模)已知矩阵M ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤122x的一个特征值为3，求另一个特征值及其对应的一个特征向量．矩阵M 的另一个特征值为－1，对应的一个特征向量为α＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－1.4. 已知矩阵A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1a －1b ，A 的一个特征值λ＝2，其对应的特征向量是α1＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤21，求矩阵A .解：∵Aα1＝λα1，∴⎣⎢⎡⎦⎥⎤ 1a －1b ⎣⎢⎡⎦⎥⎤21＝2⎣⎢⎡⎦⎥⎤21，∴⎩⎪⎨⎪⎧2＋a ＝4－2＋b ＝2⎩⎪⎨⎪⎧a ＝2b ＝4.所以A ＝⎣⎢⎡⎦⎥⎤12－14. 5. 求矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤2 11 2的特征值及对应的特征向量．矩阵⎣⎢⎡⎦⎥⎤2 112有两个特征值λ1＝1，λ2＝3；属于λ1＝1的一个特征向量为⎣⎢⎡⎦⎥⎤1－1，属于λ2＝3的一个特征向量为⎣⎢⎡⎦⎥⎤11.。

人教版B版高中数学选修4-2(B版)矩阵变换

矩阵变换
图形变换的矩阵方法
要求：
1.掌握各种图形变换的变换矩阵。 2.掌握图形变换矩阵的一般形式。 3.掌握齐次坐标表示法。
一般来说，图形从输入到输出贯串着各种变换。被描述的对象所处的环境和显示屏幕的环境是很不同的，不仅位置不同，大多数情况下，尺寸也很不相同。这就要求协调二者的关系。此外，三维的图形要在二维的图纸或屏幕上表示出来要通过投影变换。为了从不同的方向去观察对象，要求能对对象作旋转变换，放大缩小和平移变换更是经常要用的。绘图过程中还要用窗口来规定要显示的内容，用视区来规定在屏幕上或图纸上显示的位置。本章学习实现上述功能的算法。
cos sin 0 1 0 0
T1 sin
cos
0

0
1
0

0
0 1 m n 1
cos sin 0
sin
cos
0

m n 1
由于矩阵乘法不满足交换率, A B B A 级联的顺序不同,最终的图形不同
cos( ) sin( ) 0
T2 sin( ) cos( ) 0
0
0
1 19
3.图形对直线的对称变换变成对x轴的对称变换
4.让直线绕原点逆时针旋转角，恢复到原来的倾斜位置
1 0 0 T3 0 1 0
0 0 1
5.将直线平移回原来的位置
T T1 *T2 sin1
c os1
0

0
0 1
cos2 sin2

0
sin2 0
cos2
0

0
1

cos(1 2 ) sin(1 2 ) 0

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

x x x T : y y x
8．切变变换矩阵是指类似于对纸牌实施的变换矩阵．
a a m 设A(a , b)，A (a m , b)，则T : b b 1 k m 变换矩阵为 ,k b 0 1
1 0 1 0 -1 0 0 1 0 1 , 0 -1 , 0 -1 , 1 0
或点
5．一般地，二阶非零矩阵对应的变换把直线变成直线．
A(1 2 ) 1 A 2 A
这种把直线变为直线的变换叫做线性变换．
技巧传播
例 1．运用旋转矩阵，求直线 2x＋y－1＝0 绕原点逆时针旋转 45°后所得的直线方程．
cos45° －sin45° 2 1 －1 ＝，直线 2x＋y－1＝0 上任意一点(x0，y0)旋转变换后【解析】旋转矩阵 sin45° cos45° 2 1 1
x 1 0 x x x x T : y y 0 1 y y y 2 2 2
1 0 2 0 0 2 , 0 1
ax by e 二元一次方程组可以表示为 cx dy f
a b x e c d y f
系数矩阵
几种常见的平面变换
1．恒等变换矩阵（单位矩阵）为E：
1 0 2．恒等变换是指对平面上任何一点（向量）或图形施以矩阵对应的 0 1
移
1 k 9．切变变换矩阵把平面上的点P(x，y)沿x轴方向平 0 1 ky
个单位．
10．研究平面上的多边形或直线在矩阵的变换作用后形成的图形时，只需考察顶（端）点的变化结果即可．
矩阵的乘法 1．矩阵乘法的法则是：
a11 a12 b11 b12 a11 b11 a12 b21 a11 b12 a12 b22 a a b b a b a b a b a b 21 22 21 22 21 11 22 21 21 12 22 22
变换，都把自己变为自己．
1 0 x x x x x 0 1 y y T : y y y
3．伸压变换矩阵是指将图形作沿x轴方向伸长或压缩，或沿y轴方向伸长或压缩的变换矩阵. 伸压变换不是简单地把平面上的点（向量） “向下”压，而是向x轴或y轴方向压缩.
二阶矩阵与平面列向量乘法的几何意义
矩阵是向量集合到向量集合的映射
2 0 x 2 x x x 2 x 0 1 y y T : y y y
表示的几何变换为：纵坐标不变，横坐标变为原来的2倍．
4．反射变换矩阵是指将平面图形变为关于定直线或定点对称的平面图形的变换矩阵．
1 0 x x x x x 0 1 y y T : y y y

以 P(x，y)为终点的向量 OP ．
矩阵通常用大写黑体字母表示．如：矩阵A，行矩阵和列矩阵通常用希腊字母α、β等表示．
x
两个矩阵的行数与列数分别相等,并且对应位置的元素也分别相等时两矩阵相等.
a11 a12 x0 a11 x0 a12 y0 二阶矩阵与列向量的乘法法则为： a a y a x a y 21 22 0 21 0 22 0
0 1 0 1 , 1 0 -1 0
0 1 x y x x y 1 0 y x T : y y x
1 a 例 3．在平面直角坐标系 xOy 中，直线 l：x＋y＋2＝0 在矩阵 M＝对应的变换作用下得到直线 4 b
m：x－y－4＝0，求实数 a、b 的值．
【解析】解法 1：在直线 l：x＋y＋2＝0 上取两点 A(－2，0)，B(0，－2)，A，B 在矩阵 M 对应的变换作用下分别对应于点 A′，B′， 1 a －2 2 1 a 0 2a ＝＝因为，所以 A′的坐标为(－2，－2b)；，所以 B′的坐标为(－2a，－8)； 4 0 2b 4 b b －2 8
cos sin
sin x x cos y sin x cos y x sin y cos y
cos sin
sin cos
2 2 x＋ y－1＝0， 2 2
直线 2x＋y－1＝0 绕原点逆时针旋转 45° 后所得的直线方程是 2 x＋ 2 y－即 2 3 2 x＋ y－1＝0. 2 2
1 例 2．已知矩阵 M＝ 0 求曲线 C 的方程．
1 【解析】MN＝ 0Biblioteka 1 0 2 ， N＝ 2 0
x' 2 1 －1 x 0 x 0' 0 ＝， (x0′，y0′)， 2 1 1 y0 y 0' y' 0
2 2 2 2 x0 y0 x0 x0' y0' 2 2 2 2 ，， 2 2 2 2 x0 y0 y0 x0' y' 2 2 2 2 0
2．矩阵乘法MN的几何意义为对向量连续实施的两次几何变换（先TN，后 TM）的复合变换． 3．矩阵乘法不满足交换率．
典题剖析
命题题源一运用旋转矩阵，求直线 2x＋y－1＝0 绕原点逆时针旋转 45°后所得的直线方程．
命题题源二 1 已知矩阵 M＝ 0 求曲线 C 的方程． 1 0 2 ，N＝ 2 0 0 1 1 ，矩阵 MN 对应的变换把曲线 y ＝ sin x 变为曲线 C， 2 2 1
7．投影变换矩阵是指将平面图形投影到某条直线（或某个点）上的矩阵，
相应的变换为投影变换．
1 0 x x 1 0 y x
1 0 1 0 0 0 1 0 , 0 0 , 1 0
3 3 a b 2 7 ， c d
3 3 2 3 ．
a 1 3a 2b 3 1 0 3c 2d 7 b 0 ．所以 5 5 M 为 1 3a 3b 3 c 3 3 3c 2d 3 d 1
几种常见平面变换的解题技巧(下)
知识要点
几种常见的平面变换变换的复合和矩阵的乘法逆矩阵逆变换
矩阵
二阶矩阵与向量的关系矩阵的应用
特征值特征向量
二阶矩阵和平面向量的关系
点和向量不加区分．如：既可以表示点 ( x，y ) ，也可以表示以 O(0 ， 0) 为起点 y
0 1 1 ，矩阵 MN 对应的变换把曲线 y ＝ sin x 变为曲线 C， 2 2 1
1 1 0 0 0 2 2 ＝，设 P(x，y)是所求曲线 C 上的任意一点， 2 0 1 0 2 它是曲线 y＝sinx 上点 P0(x0，y0)在矩阵 MN 变换下的对应点，
－1 －2 5 6 ，向量 α＝，β＝ . 例 5．已知矩阵 M＝ 7 8 －3 4 1 （1）求向量 3α＋ β 在 M 作用下的象；（2）求向量 4Mα－5Mβ． 2
1 －1 －2 18 －68 5 16 15 3 18 1 ＝．【解析】（1）因为 3α＋ β＝3 ＋＝＋＝，所以 M3α＋2β＝ 2 －3 4 25 46 7 28 21 4 25 －1 －2 －10 34 ＝．（2）4Mα－5Mβ＝M(4α－5β)＝－3 4 －12 －18
例 4．如图所示，四边形 ABCD 和四边形 AB′C′D 分别是矩形和平行四边形，其中各点的坐标分别为 A(－1，2)、B(3，2)、C(3，－2)、D(－1，－2)、B′(3，7)、C′(3，3)．求将四边形 ABCD 变成四边形 AB′C′D 的变换矩阵 M．
a b a b 【解析】设矩阵 M 为，则 c d c d
6．旋转变换矩阵是指将平面图形围绕原点逆时针旋转θ的变换矩阵．其中θ
称为旋转角，点O为旋转中心．
P ( x , y )
r

r
P( x, y)
x r cos y r sin
x r cos( ) r cos cos r sin sin x cos y sin y r sin( ) r sin cos r cos sin y cos x sin
( 2) ( 2b) 4 0 由题意 A′，B′在直线 m：x－y－4＝0 上，所以，解得 a＝2，b＝3． ( 2a ) ( 8) 4 0 解法 2：设直线 l：x＋y＋2＝0 上任意一点(x，y)在矩阵 M 对应的变换作用下对应于点(x′，y′)． 1 a x x' 因为＝，所以 x′＝x＋ay，y′＝bx＋4y， 4 b y y' 因为(x′，y′)在直线 m 上，所以(x＋ay)－(bx＋4y)－4＝0，即(1－b)x＋(a－4)y－4＝0． 1 b a 4 4 又点(x，y)在直线 x＋y＋2＝0 上，所以，解得 a＝2，b＝3． 1 1 2
1 1 x0 2 x x 2 0 x0 x x0 则有＝ 2 ，所以，即 1 ． y y y 0 2 y0 0 y 2 y0 2

矩阵 第二讲几种常见平面变换的解题技巧(下)(人教A版选修4-2)

高中数学 2.1.1矩阵的概念教案 苏教版选修4-2

人教版高中数学选修 4-2矩阵变换 第三章 第一节 逆变换与逆矩阵

最新人教A版高中数学教材目录(全)