图形的旋转
从直觉到坐标变换,搞懂旋转的数学本质与几何含义
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图形的旋转
从直觉到坐标变换,搞懂旋转的数学本质与几何含义
生活中的旋转
钟表指针、风扇叶片等实例引入
什么是旋转
从生活到画面,你已经见过旋转了。现在要给数学上的旋转下一个精确定义——只靠「看起来转了」可不够,得说清楚「绕谁转、转多少、朝哪转」。
中心轴=旋转中心;转动角度=旋转角;顺/逆转=旋转方向;孩子离轴距离不变=等距变换
旋转中心
钟表三根指针转得飞快,但表盘中央那颗小钉子纹丝不动——它就是旋转中心。
叶片绕轴心旋转,轴心钉死不动——图形上的点也是绕中心转,中心本身不挪窝
旋转角
上一节我们找到了'绕谁转'——旋转中心。可光知道绕哪儿还不够:门开一半和全开,转的可不一样。这一节就来看'转了多少'——旋转角。
方向盘左打30°和右打30°,车头朝向完全不同——大小加方向才完整
旋转的完整描述
一次完整的旋转由三个要素共同决定,缺任何一个都不行。
什么是对应点
前面讲了旋转三要素。现在想象三角形绕点O旋转——原来在A位置的点会跑到哪里?跑到的那个新位置,就叫A的'对应点'。
每张座位到中心柱子距离固定,旋转后到达新位置,原位和新位是一对对应点
对应点的图解
左侧三节点是原图上的点,右侧三节点是旋转后的像。实线箭头表示逐点对应,虚线把全部对应都系到同一个旋转 R 上。
旋转的性质(上)
旋转有一个核心性质:对应点到旋转中心的距离相等。怎么看出这一点?分五步走。
旋转的性质(下)
从一组对应点出发,看旋转角藏在哪两条线的夹角里。
旋转性质总结图
从中心、角度、图形三个维度,把旋转的核心性质串成一张图。
找对应点的方法
上一页我们说对应点有三个特征。但考试不会直接告诉你「这是对应点」,而是给中心、给一个点,让你找另一个——怎么把性质反过来用?
知道「离参考点多远」画一圈,知道「朝哪走」画一条射线,两线交叉即定位
作旋转后的图形
作旋转变换的标准流程分三步走——定点、对应、连线。
旋转 vs 平移
旋转和平移都让图形「动」,但运动方式完全不同——看图形上的点怎么变就明白了。
- 绕一个固定点转动
- 有且仅有一个不动点(旋转中心)
- 图形上点的方向会改变
- 由中心、角度、方向三要素决定
- 沿一个方向滑动
- 没有不动点
- 图形上点的方向不变
- 由方向和距离两要素决定
旋转中心的位置
旋转中心在图形内还是外,关系到作图思路和像的位置。别再一刀切地用同一套方法。
- 旋转中心位于图形内部某点
- 像与原图可能部分重叠或重合
- 可优先利用顶点、对称点作图
- 典型如正多边形绕中心旋转
- 旋转中心位于图形外部某点
- 像与原图彼此分离、无重叠
- 所有关键点都需逐一对齐
- 典型如一般图形的旋转
自测检验
把一个图形绕点O旋转某个角度后,关于得到的新图形,下列说法一定正确的是?
课后思考
先自己想,再对照参考答案——思考的过程比答案本身更重要。
参考答案缺一不可。缺图形没有对象;缺旋转中心,同一图形会绕不同点转;缺旋转角,转多大不清楚。三要素一起才能唯一确定旋转的结果。
参考答案180°。方向盘外缘每一点(中心除外)都走过一段圆弧;所有弧的圆心都在转轴上,半径等于该点到转轴的距离。
参考答案效果一样。'回到起点'是任何具有周期性的变换的共性。但旋转的特殊之处在于:只要转够 360° 就一定回到原位,与图形本身无关——这是角度的固有性质。