八年级 · 图形旋转 · 绕一个中心转,形状大小不变
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。
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。
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。
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"。
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)。
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。
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。
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)