【7.2.2(用坐标表示平移)】在平面几何中,平移是一种基本的图形变换方式。它指的是将一个图形上的所有点按照相同的方向和距离移动,而不改变图形的大小、形状和方向。这种变换在数学、物理以及计算机图形学中都有广泛的应用。
在学习平移的过程中,我们通常会借助坐标系来描述图形的位置变化。通过坐标的变化,我们可以更直观地理解平移的过程,并准确地计算出图形在平移后的新位置。
一、坐标系与点的表示
在平面直角坐标系中,每一个点都可以用一对有序实数(x, y)来表示。其中,x 表示该点在水平方向上的位置,y 表示垂直方向上的位置。例如,点 A(3, 5) 表示它位于横坐标为 3、纵坐标为 5 的位置。
二、平移的基本概念
平移可以看作是将一个点或图形整体沿着某个方向移动一定的距离。这个方向可以用向量来表示,而移动的距离则由向量的长度决定。
例如,若一个点 P(x, y) 沿着向量 (a, b) 进行平移,则平移后的点 P' 的坐标为:
$$
P'(x + a, y + b)
$$
这里的向量 (a, b) 可以是正数、负数或零,分别表示不同的移动方向和距离。
三、利用坐标进行平移操作
假设有一个三角形 ABC,其三个顶点的坐标分别为 A(1, 2),B(3, 4),C(5, 1)。现在我们想将这个三角形沿 x 轴正方向移动 2 个单位,沿 y 轴正方向移动 3 个单位。
根据平移的公式,每个顶点的新坐标应为:
- A'(1 + 2, 2 + 3) = (3, 5)
- B'(3 + 2, 4 + 3) = (5, 7)
- C'(5 + 2, 1 + 3) = (7, 4)
这样,我们就得到了平移后的三角形 A'B'C'。
四、平移的性质
1. 保持图形的大小和形状不变:平移不会改变图形的任何尺寸或角度。
2. 保持方向一致:图形中的每一点都朝同一个方向移动相同的距离。
3. 对应点之间的连线平行且相等:平移后,原图形与新图形的对应点之间形成的线段互相平行且长度相等。
五、实际应用举例
在日常生活中,平移的概念随处可见。例如,在地图上移动一个物体的位置、在计算机游戏中控制角色的移动、在建筑设计中调整结构的位置等,都可以通过坐标平移的方法来实现。
此外,在编程中,尤其是图形界面设计中,平移常用于实现动画效果或对象的移动。程序员可以通过修改坐标的值来实现图像的平移,从而达到动态展示的效果。
六、总结
通过坐标表示平移,我们能够更加清晰地理解和操作图形的移动。掌握这一方法不仅有助于提升几何思维能力,也为后续学习旋转、对称等其他变换打下坚实的基础。在今后的学习和实践中,灵活运用坐标平移的知识,将为我们解决实际问题提供更多便利。