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旋转

八年级 · 图形旋转 · 绕一个中心转,形状大小不变

什么是旋转?

把一个图形绕着某一点 O(旋转中心),按某个方向转动一个角度,得到新图形,这种变换叫旋转。旋转前后图形全等——形状和大小都不变,只是位置转了。

旋转由三个要素决定:旋转中心、旋转方向(顺/逆时针)、旋转角

💡 生活类比:电风扇、风车、旋转门、摩天轮,还有地球自转——都是旋转。旋转对称图形(如风车)转过一个最小角就"看起来没变"。

母题:绕中心转

P′ = 绕 O 转 θ 后的 P

母题把旋转写成坐标公式:点 P 绕中心 O 转 θ 后的对应点 P′,用余弦、正弦就能算出来。下面三种玩法都基于这个公式。

动手①:绕中心旋转

拖动滑块改变旋转角 θ,看蓝三角形绕中心 O 转动。注意:每个顶点到 O 的距离始终不变(旋转保距)。右侧实时显示顶点 P₁ 旋转后的坐标。

旋转的坐标公式

设中心 O=(x₀,y₀),点 P=(x,y),转 θ(逆时针)后:

x′ = x₀ + (x−x₀)cosθ − (y−y₀)sinθ
y′ = y₀ + (x−x₀)sinθ + (y−y₀)cosθ

因为 (x−x₀)²+(y−y₀)² = (x′−x₀)²+(y′−y₀)²,所以 OP = OP′——旋转保距,这是验证旋转对不对的"标尺"。

🧭 顺时针转 θ 等价于逆时针转 −θ;转 360° 回到原位。

动手②:旋转对称与最小旋转角

正 n 边形有"旋转对称":绕中心转过 360°/n 就与自身重合,这个角叫最小旋转角。选不同边数 n,转 θ,看何时与自身重合(虚影是原位置)。

动手③:旋转作图(找对应点)

已知中心 O 与旋转角 θ,拖动蓝点 P,看它的对应点 P′ 怎么定。公式和动手①一样:P′ 是 P 绕 O 转 θ 得到的点。右侧给出 P′ 的精确坐标。

有什么用?中心对称与找对应

转 180° 的旋转叫中心对称:线段中点、平行四边形中心都是对称中心。利用旋转,还能把"绕点转"的工程问题(如机械臂、车轮)换算成坐标,方便计算机控制。

小试牛刀

① 旋转不改变图形的______。

② 图形绕点旋转 360° 后,与原来______。

③ 正方形绕中心旋转,最小旋转角是______°。(填数字)

④ 时钟分针每分钟转______°。(填数字,360÷60)

⑤ 点 P 绕 O 旋转 90°,若 OP = 5,则 OP′ = ?(填数字,旋转保距)

⑥ 等边三角形绕中心旋转,最小旋转角是______°。(填数字)

⑦ 长方形(非正方形)绕中心旋转,最小旋转角是______°。(填数字)

⑧ 线段 AB 绕中点 O 旋转 180° 后,点 A 落到______。(填字母)

本节小结

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