点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $x$ 軸に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= x \\ y' &= -y \\ z' &= -z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} x \\ -y \\ -z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $y$ 軸に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= -x \\ y' &= y \\ z' &= -z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} -x \\  y \\ -z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $z$ 軸に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= -x \\ y' &= -y \\ z' &= z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} -x \\ -y \\ z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $xy$ 平面に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= x \\ y' &= y \\ z' &= -z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} x \\ y \\ -z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $yz$ 平面に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= -x \\ y' &= y \\ z' &= z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} -x \\ y \\ z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は $zx$ 平面に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= x \\ y' &= -y \\ z' &= z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} x \\ -y \\ z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$ である。

点 ${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ は 原点に関して対称なので

$\left\{ \begin{aligned} x' &= -x \\ y' &= -y \\ z' &= -z \end{aligned} \right.$

が成り立つ。

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} -x \\ -y \\ -z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換を表す行列は $\begin{pmatrix} -1 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & -1 \end{pmatrix}$ である。

${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ の中点は平面 $x-y =0$ 上にあるので

$\dfrac{x + x'}{2} - \dfrac{y + y'}{2} = 0 ~~ \cdots ( {\rm i} )$

また, ベクトル $\overrightarrow{{\rm PP'}}$ は平面 $x - y = 0$ の法線ベクトル $\begin{pmatrix} 1 \\ -1 \\ 0 \end{pmatrix}$ に平行なので

$\begin{pmatrix} x' - x \\ y' - y \\ z' - z \end{pmatrix} = k \begin{pmatrix} 1 \\ -1 \\ 0 \end{pmatrix}$

ここから

$x' - x = - (y' - y)$ かつ $z' - z = 0 ~~ \cdots ( {\rm ii} )$

$({\rm i})$ と $({\rm ii})$ から

$\left\{ \begin{aligned} x' &= y \\ y' &= x \\ z' &= z \end{aligned} \right.$

であることがわかる。よって

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} y \\ x \\ z \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換の表現行列は $\begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix}$ である。

${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ の中点は平面 $x+z =0$ 上にあるので

$\dfrac{x + x'}{2} + \dfrac{z + z'}{2} = 0 ~~ \cdots ( {\rm i} )$

また, ベクトル $\overrightarrow{{\rm PP'}}$ は平面 $x + z = 0$ の法線ベクトル $\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}$ に平行なので

$\begin{pmatrix} x' - x \\ y' - y \\ z' - z \end{pmatrix} = k \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}$

ここから

$x' - x = z' - z$ かつ $y' - y = 0 ~~ \cdots ( {\rm ii} )$

$({\rm i})$ と $({\rm ii})$ から

$\left\{ \begin{aligned} x' &= -z \\ y' &= y \\ z' &= -x \end{aligned} \right.$

であることがわかる。よって

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} -z \\ y \\ -x \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 0 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 0 \\ -1 & 0 & 0 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換の表現行列は $\begin{pmatrix} 0 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 0 \\ -1 & 0 & 0 \end{pmatrix}$ である。

${\rm P}(x,y,z)$ と ${\rm P'}(x',y',z')$ の中点は平面 $y-z =0$ 上にあるので

$\dfrac{y + y'}{2} - \dfrac{z + z'}{2} = 0 ~~ \cdots ( {\rm i} )$

また, ベクトル $\overrightarrow{{\rm PP'}}$ は平面 $y - z = 0$ の法線ベクトル $\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix}$ に平行なので

$\begin{pmatrix} x' - x \\ y' - y \\ z' - z \end{pmatrix} = k \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ -1 \end{pmatrix}$

ここから

$y' - y = - (z' - z)$ かつ $x' - x = 0 ~~ \cdots ( {\rm ii} )$

$({\rm i})$ と $({\rm ii})$ から

$\left\{ \begin{aligned} x' &= x \\ y' &= z \\ z' &= y \end{aligned} \right.$

であることがわかる。よって

$\begin{eqnarray*} \begin{pmatrix} x' \\ y' \\ z' \end{pmatrix} & = & \begin{pmatrix} x \\ z \\ y \end{pmatrix}\\[1em] & = & \begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \end{eqnarray*}$

よってこの線形変換の表現行列は $\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}$ である。