一、定义与基本概念
1、定义:在平面内,将一个图形上的所有点都按照某个直线方向做相同距离的移动,这样的图形运动叫做图形的平移运动,简称平移。
2、特点:平移不改变图形的形状和大小,只改变图形的位置,经过平移,对应线段平行(或共线)且相等,对应角相等,对应点所连接的线段平行(或在同一直线上)且相等。
3、三要素:方向、距离、形状大小,形状大小不变是平移的重要特征之一。
二、平移的性质
1、不改变图形的形状和大小:平移前后的两个图形是全等形,即它们的形状和大小完全相同。
2、对应线段平行(或共线)且相等:图形平移后,对应点连成的线段平行(或在同一直线上)且相等。
3、对应角相等:平移变换不改变图形的角度,因此对应角相等。
4、多次连续平移相当于一次平移:如果将一个图形连续进行多次平移,其效果等同于将该图形一次性地按总的方向和平移距离进行平移。
5、偶数次对称后的图形等于平移后的图形:当一个图形经过偶数次对称变换后,其位置和形状将与原图形重合,这可以视为一种特殊的平移。
6、平移由方向和距离决定:确定一个平移运动的条件是平移的方向和距离。
三、平移的画法
以画雪人为例,可以把半透明纸盖在图上,先描出一个雪人,然后按同一方向陆续移动这张纸,再描出第二个、第三个……而求必须水平或垂直于原图,根据平移的方向,作出每一个图形要点的平移点(如:直线的顶点,圆的圆心等)。
四、平移的作用
1、构造精美图形:通过简单的平移可以构造精美的图形,如花边等,通常用于装饰,过程就是复制-平移-粘贴。
2、解决几何问题:平移常与平行线有关,平移可以将一个角、一条线段、一个图形平移到另一个位置,使分散的条件集中到一个图形上,从而帮助解决几何问题。
五、平移的矩阵表示
在三维空间,使用齐次坐标,可用矩阵表示为,对于点(x,y)向右平移a个单位,可表示为(x+a,y),用矩阵表示即为\(\begin{pmatrix} x+a \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 & a \\ 0 & 1 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}\)。
六、平移公式
当把原点移到时,平面上任一点\(P(x,y)\)的旧坐标及其新坐标之间有下列关系:
以新坐标表示旧坐标\(x=x'-a\), \(y=y'-b\)
以旧坐标表示新坐标\(x'=x+a\), \(y'=y+b\)
这两个公式叫做“平移公式”或“移轴公式”,利用这些公式,可以求函数解析式、平移向量的坐标、化简函数解析式或曲线的方程等。
七、实例分析
以函数\(y=2x-5\)为例,如果该函数向上平移2个单位,由于直线平移斜率k不变,所以设平移后的直线是\(y=2x+b\),我们在\(y=2x-5\)上找一个点比如(0, -5)向上平移2个单位是(0, -3),把(0, -3)代入\(y=2x+b\),解得\(b=-3\),所以向上平移2个单位后的函数是\(y=2x-3\)。
小学数学中的平移是一种重要的图形变换方式,它不仅有助于学生理解图形的性质和变化规律,还能培养学生的空间观念和逻辑思维能力。