Exercicis de moviments en el pla — Matemàtiques 3r ESO
Aquesta pàgina conté exercicis de moviments en el pla de 3r d'ESO amb la solució pas a pas. Començaràs calculant coordenades d'imatges: translacions amb vectors, simetries axials respecte als eixos i simetries centrals. Seguiràs amb els girs de centre i angle donats, i amb la composició de moviments, on l'ordre importa. També treballaràs la identificació d'un moviment a partir d'un punt i la seva imatge, els eixos de simetria de figures, i els frisos i mosaics, amb l'estudi dels angles que permeten recobrir el pla. Els exercicis avançats et demanen raonar i justificar. Errors típics: confondre el sentit del gir, aplicar la regla de les coordenades en l'ordre equivocat i creure que la composició de moviments és sempre commutativa.
Nivell bàsic
Exercici 1
Troba la imatge del punt A(1, 4) per la translació de vector v = (3, -2).
Mostra la solució
Sumem les components del vector a les coordenades del punt: A' = (1 + 3, 4 + (-2)) = (4, 2).
Exercici 2
Calcula el vector que va del punt A(2, 1) al punt B(6, 4).
Mostra la solució
Les components del vector AB són les coordenades de B menys les d'A: AB = (6 - 2, 4 - 1) = (4, 3).
Compte amb l'ordre: «final menys inici».
Exercici 3
Troba les imatges del punt P(3, 5) per la simetria axial respecte a l'eix OX i per la simetria axial respecte a l'eix OY.
Mostra la solució
Respecte a OX es conserva la x i canvia el signe de la y: (x, y) → (x, -y). Així P' = (3, -5).
Respecte a OY es conserva la y i canvia el signe de la x: (x, y) → (-x, y). Així P'' = (-3, 5).
Exercici 4
Troba la imatge del punt A(-2, 6) per la simetria central respecte a l'origen de coordenades.
Mostra la solució
La simetria central de centre l'origen canvia el signe de les dues coordenades: (x, y) → (-x, -y).
A' = (2, -6).
Comprovació: l'origen és el punt mig del segment AA': (, ) = (0, 0).
Exercici 5
Gira el punt A(3, 1) 90° en sentit antihorari al voltant de l'origen. Quines són les coordenades de la imatge?
Mostra la solució
En un gir de 90° antihorari al voltant de l'origen, (x, y) → (-y, x).
A' = (-1, 3).
Comprovació: la distància a l'origen es conserva: = i = .
Exercici 6
Troba la imatge del punt B(4, -2) per un gir de 180° amb centre l'origen.
Mostra la solució
Un gir de 180° al voltant de l'origen fa (x, y) → (-x, -y).
B' = (-4, 2).
És el mateix resultat que la simetria central respecte a l'origen.
Exercici 7
Quins d'aquests moviments conserven l'orientació de la figura: translació, gir, simetria axial, simetria central? Quina propietat tenen en comú tots?
Mostra la solució
Conserven l'orientació: la translació, el gir i la simetria central.
La simetria axial l'inverteix (la imatge és com la figura vista en un mirall).
Tots els moviments conserven les distàncies, els angles i les àrees: la figura i la seva imatge són congruents.
Exercici 8
Digues quants eixos de simetria tenen: un quadrat, un rectangle (no quadrat), un triangle equilàter i una circumferència.
Mostra la solució
Quadrat: 4 eixos (2 per les mediatrius dels costats i 2 per les diagonals).
Rectangle no quadrat: 2 eixos (les mediatrius dels costats; les diagonals no són eixos).
Triangle equilàter: 3 eixos (un per cada altura).
Circumferència: infinits eixos (tots els diàmetres).
Exercici 9
Una translació porta el punt A(2, 3) a A'(7, -1). Quin és el vector de la translació i quin vector la desfà?
Mostra la solució
El vector és AA' = (7 - 2, -1 - 3) = (5, -4).
Per desfer la translació cal el vector oposat: (-5, 4).
Comprovació: A' + (-5, 4) = (2, 3) = A.
Exercici 10
Troba la imatge del punt A(5, 1) per la simetria axial respecte a la recta vertical x = 2.
Mostra la solució
L'eix és vertical, així que la y no canvia. La x de la imatge està a la mateixa distància de l'eix, a l'altre costat: 5 és a 3 unitats a la dreta de x = 2, així que la imatge és a 3 unitats a l'esquerra: 2 - 3 = -1.
A' = (-1, 1).
Comprovació: el punt mig d'AA' és (2, 1), que és sobre l'eix.
Nivell intermedi
Exercici 11
El triangle ABC té els vèrtexs A(0, 0), B(2, 0) i C(1, 3). Troba els vèrtexs del triangle transformat per la translació de vector (-3, 2).
Mostra la solució
Sumem (-3, 2) a cada vèrtex:
A' = (0 - 3, 0 + 2) = (-3, 2).
B' = (2 - 3, 0 + 2) = (-1, 2).
C' = (1 - 3, 3 + 2) = (-2, 5).
Comprovació: A'B' = 2 i AB = 2; la translació conserva les longituds.
Exercici 12
Gira el punt P(2, 5) 90° en sentit horari al voltant de l'origen. Quines coordenades té la imatge?
Mostra la solució
En un gir de 90° en sentit horari al voltant de l'origen, (x, y) → (y, -x).
P' = (5, -2).
Comprovació: girar-lo 90° en sentit antihorari el retorna al lloc: (x, y) → (-y, x), és a dir (5, -2) → (2, 5).
Exercici 13
Troba la imatge del punt A(4, 1) per un gir de 90° en sentit antihorari amb centre C(1, 1).
Mostra la solució
Prenem el centre com a referència: vector CA = (4 - 1, 1 - 1) = (3, 0).
Girem el vector 90° antihorari: (x, y) → (-y, x) = (0, 3).
Tornem a sumar el centre: A' = (1 + 0, 1 + 3) = (1, 4).
Comprovació: CA = CA' = 3.
Exercici 14
Troba la imatge del punt A(5, 7) per la simetria central de centre P(2, 3).
Mostra la solució
El centre P és el punt mig del segment AA'. Si A' = (x, y): i .
Aleshores 5 + x = 4, x = -1, i 7 + y = 6, y = -1.
A' = (-1, -1).
Altra manera: A' = 2P - A = (4 - 5, 6 - 7) = (-1, -1).
Exercici 15
Troba les imatges del punt Q(3, -2) per les simetries axials respecte a les rectes y = x i y = -x.
Mostra la solució
Respecte a y = x s'intercanvien les coordenades: (x, y) → (y, x). Q' = (-2, 3).
Respecte a y = -x s'intercanvien i es canvien els signes: (x, y) → (-y, -x). Q'' = (2, -3).
Comprovació: el punt mig de QQ' és (0,5; 0,5), que és a la recta y = x.
Exercici 16
Apliquem a una figura la translació de vector v = (2, 3) i, després, la de vector w = (-5, 1). Troba el vector de la translació resultant i la imatge final del punt A(1, 1).
Mostra la solució
La composició de dues translacions és una translació de vector la suma: v + w = (2 - 5, 3 + 1) = (-3, 4).
Imatge de A(1, 1): (1 - 3, 1 + 4) = (-2, 5).
Comprovació pas a pas: A → (3, 4) → (-2, 5).
Exercici 17
Apliquem al punt A(1, 2) la simetria axial respecte a la recta x = 0 (eix OY) i, a continuació, la simetria axial respecte a la recta x = 3. On acaba el punt? Quin moviment equival a la composició?
Mostra la solució
Primera simetria (x = 0): (1, 2) → (-1, 2).
Segona simetria (x = 3): la x passa a 2·3 - (-1) = 7, la y no canvia: (7, 2).
Resultat: el punt s'ha desplaçat de (1, 2) a (7, 2), és a dir, 6 unitats cap a la dreta.
La composició de dues simetries d'eixos paral·lels és una translació de vector perpendicular als eixos i de longitud el doble de la distància entre ells: 2 · 3 = 6, vector (6, 0).
Exercici 18
Els punts A(1, 1) i B(3, 2) es transformen en A'(1, -1) i B'(3, -2). Identifica el moviment i justifica-ho.
Mostra la solució
Les abscisses es mantenen i les ordenades canvien de signe: (x, y) → (x, -y).
És la simetria axial respecte a l'eix OX.
Comprovació: la distància AB = = i A'B' = = , es conserva.
Exercici 19
Els punts A(2, 1) i B(4, 3) es transformen en A'(-2, -1) i B'(-4, -3). Quin moviment pot ser? Raona-ho.
Mostra la solució
Les dues coordenades canvien de signe: (x, y) → (-x, -y).
Pot ser la simetria central respecte a l'origen o, equivalentment, un gir de 180° amb centre l'origen. Són el mateix moviment.
Comprovació: el punt mig de AA' és (0, 0), el centre.
Exercici 20
Explica per què amb triangles equilàters, quadrats i hexàgons regulars es pot recobrir el pla sense forats ni solapaments, però no amb pentàgons regulars. Pista: mira els angles interiors.
Mostra la solució
En cada vèrtex del mosaic s'han de trobar polígons que sumin 360°.
Triangle equilàter: angle de 60°, triangles per vèrtex. Quadrat: 90°, quadrats. Hexàgon: 120°, hexàgons.
Pentàgon regular: angle interior 108°, i no és enter. Amb 3 pentàgons sumen 324° i en queda un forat de 36°, i amb 4 se solapen (432°).
Exercici 21
Un fris es genera repetint un motiu amb la translació de vector (4, 0). Un punt del motiu és P(1, 2). Troba les imatges d'aquest punt als tres motius següents, i el punt corresponent al motiu anterior.
Mostra la solució
Cada motiu s'obté sumant (4, 0) al precedent.
Següents: (1 + 4, 2) = (5, 2); (9, 2); (13, 2).
Motiu anterior: restem (4, 0): (1 - 4, 2) = (-3, 2).
En general, les còpies són (1 + 4n, 2), amb n enter.
Nivell avançat
Exercici 22
Determina el centre de la simetria central que porta el punt A(1, 2) al punt A'(5, 6).
Mostra la solució
El centre és el punt mig del segment AA'.
C = (, ) = (3, 4).
Comprovació: la imatge de A per la simetria de centre C és 2C - A = (6 - 1, 8 - 2) = (5, 6) = A'.
Exercici 23
Una simetria axial porta el punt A(1, 5) al punt A'(7, 5). Determina l'equació de l'eix i comprova que serveix també per a B(3, 2) → B'(5, 2).
Mostra la solució
L'eix és la mediatriu del segment AA'. Com que A i A' tenen la mateixa y, el segment és horitzontal i l'eix és vertical, passant pel punt mig (4, 5): x = 4.
Comprovació amb B: la imatge de (3, 2) per x = 4 és (2·4 - 3, 2) = (5, 2) = B'.
L'eix és x = 4.
Exercici 24
El triangle ABC té els vèrtexs A(1, 1), B(4, 1) i C(1, 3). Troba la imatge per un gir de 90° antihorari amb centre l'origen i comprova que se'n conserven els costats AB i AC.
Mostra la solució
Apliquem (x, y) → (-y, x): A' = (-1, 1), B' = (-1, 4), C' = (-3, 1).
Costats originals: AB = 3 (horitzontal) i AC = 2 (vertical).
Costats de la imatge: A'B' = |4 - 1| = 3 (vertical) i A'C' = |-3 - (-1)| = 2 (horitzontal).
Les longituds es conserven, com en tots els moviments.
Exercici 25
Considera el punt P(2, 3). Aplica-li primer un gir de 90° antihorari amb centre l'origen i després la simetria axial respecte a l'eix OX. Fes-ho també en l'ordre invers. S'obtenen els mateixos resultats? Què en pots concloure?
Mostra la solució
Ordre 1 (gir i després simetria): gir → (-3, 2); simetria respecte a OX → (-3, -2).
Ordre 2 (simetria i després gir): simetria → (2, -3); gir de 90° antihorari → (3, 2).
Els resultats (-3, -2) i (3, 2) són diferents.
Conclusió: la composició de moviments no és, en general, commutativa; l'ordre importa.
Exercici 26
Apliquem a un punt un gir de 90° antihorari al voltant de l'origen i després un gir de 180° amb el mateix centre. Quin moviment equival a la composició? Comprova-ho amb el punt (1, 0).
Mostra la solució
Dos girs amb el mateix centre se sumen els angles: 90° + 180° = 270° antihorari (equivalent a 90° en sentit horari).
Comprovació amb (1, 0): gir de 90° → (0, 1); gir de 180° → (0, -1).
Gir directe de 270° antihorari: (x, y) → (y, -x) = (0, -1). Coincideix.
Exercici 27
Una translació porta el punt A(3, -2) al punt A'(-1, 5). Calcula el vector de la translació, la imatge del punt P(0, 4) i el punt Q que té per imatge R(2, 2).
Mostra la solució
Vector: AA' = (-1 - 3, 5 - (-2)) = (-4, 7).
Imatge de P: (0 - 4, 4 + 7) = (-4, 11).
Per trobar Q, desfem la translació des de R: Q = R - (-4, 7) = (2 + 4, 2 - 7) = (6, -5).
Comprovació: Q + (-4, 7) = (2, 2) = R.
Exercici 28
Raona si són certes o falses aquestes afirmacions: a) «Una simetria axial conserva l'orientació de la figura»; b) «Un gir conserva les distàncies»; c) «La imatge d'un triangle per un moviment té la mateixa àrea».
Mostra la solució
a) Falsa. La simetria axial inverteix l'orientació: l'ordre dels vèrtexs ABC passa de recórrer-se en sentit horari a antihorari, com en un mirall.
b) Certa. Tots els moviments (translacions, girs i simetries) són isometries: conserven les distàncies entre punts.
c) Certa. Com que es conserven les longituds dels costats i els angles, la figura és congruent amb l'original i té la mateixa àrea.
Exercici 29
Pot recobrir el pla un mosaic fet només d'octàgons regulars? I un de fet d'octàgons regulars i quadrats? Raona-ho amb els angles. (L'angle interior d'un octàgon regular és de 135°.)
Mostra la solució
En cada vèrtex els angles han de sumar 360°.
Només octàgons: no és enter (2 octàgons sumen 270° i 3 sumen 405°), per tant no es pot.
Octàgons i quadrats: 135° + 135° + 90° = 360°. A cada vèrtex hi ha 2 octàgons i 1 quadrat, i sí que és possible. És un mosaic semiregular molt comú en paviments.
Exercici 30
Els punts A(0, 0), B(4, 1) i C(5, 4) són tres vèrtexs consecutius d'un paral·lelogram ABCD. Troba el vèrtex D i el centre de simetria del paral·lelogram.
Mostra la solució
En un paral·lelogram els vectors AB i DC són iguals: AB = (4, 1), per tant D = C - AB = (5 - 4, 4 - 1) = (1, 3).
Un paral·lelogram té simetria central respecte al punt on es tallen les diagonals, que és el punt mig d'AC (i també de BD).
Centre: (, ) = (2,5; 2).
Comprovació amb BD: (, ) = (2,5; 2).
T'encalles amb aquest tema?
A L'Acadèmia de Vic t'ajudem amb classes individuals. Escriu-nos per WhatsApp.
Escriu-nos per WhatsApp (604 95 79 95)Més informació: Reforç d'ESO a Vic · Classes particulars
Preguntes freqüents
Quines coordenades té la imatge d'un punt en un gir de 90° al voltant de l'origen?
En sentit antihorari, el punt (x, y) passa a (-y, x). En sentit horari passa a (y, -x). Si el centre no és l'origen, primer es treu el centre, es gira i després se suma.
Quina diferència hi ha entre una simetria axial i una simetria central?
En l'axial cada punt es reflecteix respecte d'una recta (l'eix) i canvia l'orientació de la figura. En la central cada punt es reflecteix respecte d'un punt, equival a un gir de 180° i conserva l'orientació.
Què conserven tots els moviments?
Les distàncies, les àrees i els angles: la figura transformada és congruent amb l'original. Només la translació, el gir i la simetria central conserven també l'orientació.