變換是數(shù)學中一個帶有普遍性的概念,代數(shù)中有數(shù)與式的恒等變換,幾何中有圖形的變換。在初等幾何中,圖形變換是一種重要的思想方法,它以運動變化的觀點來處理孤立靜止的幾何問題,往往在解決問題的過程中能夠收到意想不到的效果。
圖形的變換通常有三種:平移、翻折、旋轉(zhuǎn),由此可帶來圖形的全等變換和相似變換。會產(chǎn)生不同的幾何模型,如:“半角模型”,“手拉手模型”,“中點模型”等等,如果我們善于運用幾何模型將給我們解題帶來極大的幫助。
本文將從圖形變換的角度來解讀“全等變換模型”和“相似變換模型”。
A:全等變換模型:
常見于:平行等線段和共頂點等線段。
(一)平移全等變換:平行等線段(常見于平行四邊形)
(二)翻折全等變換:角平分線或垂直或半角
(三)旋轉(zhuǎn)全等變換:相鄰等線段繞公共端點旋轉(zhuǎn)
說明:平移變換有以下一些性質(zhì):
①把圖形變?yōu)榕c之全等的圖形,因而面積和周長不變。
②在平移變換下兩點之間的方向保持不變。
③在平移變換下兩點之間的距離保持不變。
在解初等幾何問題時,常利用平移變換使分散的條件集中在一起,具有更緊湊的位置關(guān)系或變換成更簡單的基本圖形。
說明:以角平分線為對稱軸在角兩邊進行截長補短或者作角兩邊的垂線,形成對稱全等。兩邊進行邊或角的等量代換,產(chǎn)生聯(lián)系。
垂直同樣也可以做軸進行對稱全等。
說明:上圖依次是45°、30°的三角形對稱(翻折),翻折形成正方形或等邊三角形等的對稱全等。(半角可以為任意角去折疊,常見度數(shù)還有22.5°半角)
說明:軸對稱有如下性質(zhì):
①把圖形變?yōu)榕c之全等的圖形,因而面積和周長不變。
②在反射變換下,任意兩點A和B,變換后的對應點為A’和B’,則有直線AB和直線A’B’所成的角的平分線為l。
③兩點之間的距離保持不變,任意兩點A和B,變換后的對應點為A’和B’,則有AB=A’B’。
中小學數(shù)學中的很多圖形都是軸對稱圖形,利用這些圖形的軸對稱性質(zhì),可以幫助我們解決一些計算和證明的幾何問題。
(三)旋轉(zhuǎn)全等變換:半角旋轉(zhuǎn)、自旋轉(zhuǎn)、共旋轉(zhuǎn)、中點旋轉(zhuǎn)、對角互補模型
旋轉(zhuǎn)全等變換之一:半角模型:
說明:旋轉(zhuǎn)半角的特征是“相鄰等線段所成角含一個二分之一角”,通過旋轉(zhuǎn)將另外兩個和為二分之一的角拼接在一起,形成旋轉(zhuǎn)全等(本題還可將半角移出形外構(gòu)造,思路相同,不再展示。)
旋轉(zhuǎn)全等變換之二:自旋轉(zhuǎn)模型(Y型模型):
有一對相鄰等線段,需要構(gòu)造旋轉(zhuǎn)全等。
構(gòu)造方法:遇60°旋60°,造等邊三角形;
遇90°旋90°,造等腰直角三角形;
遇等腰旋頂點,造旋轉(zhuǎn)全等;
遇中點旋180°,造中心對稱。
說明:“旋轉(zhuǎn)出等腰,等腰可旋轉(zhuǎn)”,當圖形具有鄰邊相等這一特征時,可以把圖形的某部分繞其鄰邊的公共頂點旋轉(zhuǎn)到另一位置,將分散的條件集中起來,從而解決問題。
旋轉(zhuǎn)全等變換之三:共旋轉(zhuǎn)模型:
有兩對相鄰等線段,直接尋找旋轉(zhuǎn)全等。
說明:共頂點旋轉(zhuǎn)(即“手拉手”模型)可適用于任意共頂點的等腰三角形旋轉(zhuǎn)問題,均能通過旋轉(zhuǎn)構(gòu)造全等三角形。旋轉(zhuǎn)過程中第三邊所成的角是一個經(jīng)??疾斓膬?nèi)容。(由“8字型”可以證明角度問題)
模型變形:
說明:模型的變形主要用于兩個正多邊形或等腰三角形夾角的變化,也可是等腰直角三角形與正方形的混用。(其他變形不再展示)
旋轉(zhuǎn)全等變換之四:對角互補模型
旋轉(zhuǎn)全等變換之五:費馬旋轉(zhuǎn)模型:
說明:費馬旋轉(zhuǎn)可以改為任意角,初中階段參考意義不大。
說明:旋轉(zhuǎn)變換有以下一些性質(zhì):
①把圖形變?yōu)榕c之全等的圖形,因而面積和周長不變。
②在旋轉(zhuǎn)變換下,任意兩點A和B,變換后的對應點為A’和B’,則有直線AB和直線A’B’所成的角等于θ。
③在旋轉(zhuǎn)變換下,任意兩點A和B,變換后的對應點為A’和B’,則有AB=A’B’。
在解決幾何問題時,旋轉(zhuǎn)的作用是使原有圖形的性質(zhì)得以保持,但通過改變其位置,組合成新的圖形,便于計算和證明。
B:相似變換:
旋轉(zhuǎn)相似變換:常見的有共頂點旋轉(zhuǎn)模型、對角互補模型
共頂點旋轉(zhuǎn)模型:(借用談志國老師名詞---一轉(zhuǎn)成雙!漂亮?。?/span>
說明:任意兩個相似三角形旋轉(zhuǎn)形成一定的角度,構(gòu)成新的旋轉(zhuǎn)相似。第三邊所成夾角符合旋轉(zhuǎn)“8字型”的規(guī)律。
對角互補模型:
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