第六部分:坐标与图形的变化
总览:给图形装上坐标
给平面装上坐标,点就变成了一对数;图形的平移、翻折、旋转,就变成了对坐标的简单运算。
从数轴到坐标系#
数轴让每个数都有了一个位置(见第二部分“有理数”)。把两条数轴垂直地放在一起,平面上的每个点也都有了一对数,这就是平面直角坐标系。从此,“形”的问题可以用“数”来算:点的位置用坐标说,两点的距离用坐标差和勾股定理算,图形的面积用割补法算。
图形放进坐标系以后,还可以让它动起来。一个图形在平面上保持形状和大小不变地移动,只有三种基本方式:平移、轴对称(翻折)、旋转。
三种变换对比#
| 变换 | 由什么确定 | 什么不变 | 什么改变 | 对应点的关系 | 坐标怎样变(举例) |
|---|---|---|---|---|---|
| 平移 | 方向、距离 | 形状、大小;对应线段平行(或共线) | 位置 | 连线平行(或共线)且相等 | 向右 、向上 : |
| 轴对称 | 对称轴 | 形状、大小;对称轴上的点 | 位置;顶点的绕向变反 | 对称轴垂直平分对应点连线 | 关于 轴:;关于 轴: |
| 旋转 | 旋转中心、方向、旋转角 | 形状、大小;每点到中心的距离 | 位置;线段的方向 | 到中心距离相等,与中心连线的夹角等于旋转角 | 绕原点旋转 : |
| 位似(对照) | 位似中心、相似比 | 形状;对应线段平行(或共线) | 位置、大小 | 连线都经过位似中心,到中心的距离成比例 | 以原点为中心、相似比 : 或 |
读这张表,可以看出几件事:
- 前三种变换都不改变形状和大小, 所以变换前后的图形全等。全等是“静止地看”,变换是“动起来看”(见第五部分“全等三角形”)。
- 旋转 就是中心对称。 两次沿互相垂直的直线翻折,结果正好是绕交点旋转 :开头那张图里,第一象限的原三角形关于 轴对称,落到第二象限;这个三角形再关于 轴对称,就落到了第三象限,正是原三角形绕原点旋转 的位置。
- 只有轴对称会把图形翻个面。 平移和旋转怎么组合,顶点的绕向都不会变。
- 位似改变大小、保持形状, 是从全等走向相似的变换,放在这里作对照(见第八部分“相似”)。
两页之间的关系#
| 页面 | 讲什么 | 核心的想法 |
|---|---|---|
| 平面直角坐标系 | 有序数对;点的坐标;象限;点到坐标轴的距离;用坐标描述图形和位置 | 两条数轴组成坐标系,点和有序实数对一一对应 |
| 平移、轴对称与旋转 | 三种变换的性质和画法;中心对称和中心对称图形;对称点的坐标;用坐标表示平移;图案设计;函数图象的平移 | 抓住对应点的关系,性质、画法、坐标规律都从它推出 |
建议的学习顺序:
- 先学第六部分“平面直角坐标系”(七年级下册)。重点是从坐标的意义出发想问题:横坐标管左右,纵坐标管上下,距离是坐标差的绝对值。
- 接着学第六部分“平移、轴对称与旋转”里的“平移”和“用坐标表示平移”(七年级下册)。
- 学完第五部分“轴对称与等腰三角形”后(八年级上册),回来看“轴对称”和对称点的坐标。
- 九年级上册学旋转时,再看“旋转”“中心对称”和“图案设计”,并把三种变换放在一起对比。
这一部分是后面许多内容的舞台:函数的图象画在坐标系里(见第七部分“函数”),抛物线的平移就是图象上每个点的平移(见第七部分“二次函数”),圆的许多性质来自旋转对称(见第九部分“圆的有关性质”),坐标让几何问题可以计算(见第十一部分“以数解形”)。