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图形与几何

图形运动(平移 · 旋转 · 翻折)

平移、旋转、翻折三种图形运动及其综合
坐标系中的图形运动与综合平移旋转翻折(轴对称)
先自己做,再对答案。做错的题会自动进错题本,过几天回来重做一遍。

基础题

第 1 题 基础·解答
(1)把点 A(-2, 3) 先向右平移 3 个单位,再向下平移 4 个单位,求平移后的坐标。
(2)把线段 AB 平移,A(1, 2) 的对应点是 A′(4, 0),求 B(-1, 3) 的对应点 B′。
(3)说出平移的三条基本性质。
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【坐标平移规律】左减右加(改横坐标),上加下减(改纵坐标)。

(1)
向右 3:横坐标 -2 + 3 = 1
向下 4:纵坐标 3 - 4 = -1
平移后为 (1, -1)

(2)先求平移方式
A(1, 2) → A′(4, 0):横坐标 +3,纵坐标 -2
即向右平移 3、向下平移 2。同一次平移,所有点走法完全相同
B(-1, 3) → B′(-1 + 3, 3 - 2) = (2, 1)

(3)平移的性质
① 平移不改变图形的形状和大小(平移前后的图形全等);
② 对应点所连的线段平行(或在同一直线上)且相等;
③ 对应线段平行且相等,对应角相等。

易错提醒:平移只由「方向 + 距离」决定,和图形放在哪里无关。(2)这类题一定要先由一组对应点算出平移量,再套到其他点上。

第 2 题 基础·解答
(1)把直线 y = 2x - 1 向上平移 3 个单位,求平移后的解析式;再把原直线向右平移 2 个单位呢?
(2)把抛物线 y = -2x² 先向左平移 1 个单位、再向上平移 3 个单位,求新抛物线的解析式。
(3)抛物线 y = -2(x - 1)² + 3 可以由 y = -2x² 怎样平移得到?
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【口诀】上加下减(加在末尾),左加右减(加在 x 上)

(1)
向上平移 3:y = 2x - 1 + 3 = y = 2x + 2
向右平移 2:把 x 换成 (x - 2)
y = 2(x - 2) - 1 = y = 2x - 5
检查:原直线过 (0, -1),右移 2 后过 (2, -1),代入 y = 2x - 5 得 4 - 5 = -1 ✓

(2)向左 1:x 换成 (x + 1);向上 3:末尾加 3
y = -2(x + 1)² + 3(顶点由 (0, 0) 移到 (-1, 3))

(3)顶点式 y = a(x - h)² + k 的顶点是 (h, k)
y = -2(x - 1)² + 3 的顶点是 (1, 3),原抛物线顶点是 (0, 0)
∴ 由 y = -2x² 向右平移 1 个单位、再向上平移 3 个单位得到

易错提醒:「左加右减」是加在自变量 x 上,很多同学写成 y = -2x² + 1,那是上下平移。判断平移最稳的办法:盯住顶点跑到哪里去了

第 3 题 基础·解答
(1)点 P(3, 2) 绕原点旋转 180° 后的坐标是多少?
(2)如图,在正方形 ABCD 中,点 E 在边 BC 上,点 F 在边 CD 上,且 ∠EAF = 45°。求证:EF = BE + DF。
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【(1)】绕原点旋转 180° 就是关于原点中心对称,横纵坐标都变号
P(3, 2) → (-3, -2)

【(2)思路:用旋转「搬」线段】要证的 BE 和 DF 分散在两边,把其中一段转过去拼成一整条,就能和 EF 比较。

【作法】把 △ABE 绕点 A 顺时针旋转 90°,由于 AB = AD、∠ABE = ∠ADC = 90°,点 B 落到点 D,设点 E 落到点 G,则 G 在 CD 的延长线上,且
AG = AE,DG = BE,∠DAG = ∠BAE

【证明 △AGF ≌ △AEF】
∵ ∠BAD = 90°,∠EAF = 45°
∴ ∠BAE + ∠DAF = 90° - 45° = 45°
∴ ∠GAF = ∠DAG + ∠DAF = ∠BAE + ∠DAF = 45° = ∠EAF
在 △AGF 和 △AEF 中:
AG = AE,∠GAF = ∠EAF,AF = AF(公共边)
∴ △AGF ≌ △AEF(SAS)
∴ GF = EF

【得出结论】
GF = GD + DF = BE + DF
EF = BE + DF

易错提醒:这是「半角模型」的标准解法,见到正方形 + 一半的角(45°)就往旋转上想。旋转后一定要说明三件事:转过多少度、哪个点落到哪里、哪些量保持不变。

中档题

第 4 题 中档·填空
如图,点 P 是等边三角形 ABC 内一点,PA = 3,PB = 4,PC = 5。求 ∠APB 的度数。
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【思路】三条线段各在一处凑不成三角形,用旋转把它们「集中」到一个三角形里。

【作法】把 △BPA 绕点 B 旋转 60°,使 BA 与 BC 重合(等边三角形 ∠ABC = 60°,所以点 A 恰好落到点 C),设点 P 落到点 P′。

【旋转带来的不变量】
BP′ = BP = 4,P′C = PA = 3,∠BP′C = ∠BPA(全等对应角)
∠PBP′ = 60°(旋转角)

【第一步:△BPP′ 是等边三角形】
∵ BP = BP′ = 4 且 ∠PBP′ = 60°
∴ △BPP′ 为等边三角形,∴ PP′ = 4,∠BP′P = 60°

【第二步:△PP′C 是直角三角形】
PP′ = 4,P′C = 3,PC = 5
3² + 4² = 9 + 16 = 25 = 5²
由勾股定理的逆定理,∠PP′C = 90°

【第三步:合起来】
∠BP′C = ∠BP′P + ∠PP′C = 60° + 90° = 150°
而 ∠APB = ∠BP′C
∠APB = 150°

易错提醒:旋转角要取图形本身的特征角(等边取 60°、正方形取 90°),这样才能保证一条边正好落到另一条边上。3、4、5 这组数据是在暗示勾股逆定理,看到就该往那边想。

第 5 题 中档·解答
如图,矩形 ABCD 中,AB = 8,BC = 4。将矩形沿直线 EF 折叠,使点 B 与点 D 重合,折痕 EF 交 AB 于点 E、交 CD 于点 F。
求 AE 的长和折痕 EF 的长。
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【翻折的关键】折叠前后全等 ⟹ EB = ED(E 到 B、D 距离相等),折痕就是 BD 的垂直平分线。

【求 AE:设未知数 + 勾股定理】
设 AE = x,则 EB = AB - AE = 8 - x
折叠后 B 与 D 重合,∴ ED = EB = 8 - x

在 Rt△AED 中(∠A = 90°,AD = BC = 4):
AE² + AD² = ED²
x² + 4² = (8 - x)²
x² + 16 = 64 - 16x + x²
16x = 48
x = 3,即 AE = 3(此时 EB = ED = 5)

【求 EF】由对称性,同理可得 CF = 3、DF = 5。
作 EH ⊥ CD 于 H,则 EH = AD = 4,
HF = DF - DH = DF - AE = 5 - 3 = 2
在 Rt△EHF 中:
EF = √(EH² + HF²) = √(16 + 4) = √20 = 2√5

【验算】AE = 3、AD = 4、ED = 5 是一组勾股数 ✓

易错提醒:折叠题的通法是「设未知数 → 找相等线段 → 在直角三角形里用勾股定理列方程」。最容易忘的是把折叠后相等的那条边标出来(本题的 ED = EB),标错就列不出方程。

第 6 题 中档·解答
如图,在 Rt△ABC 中,∠C = 90°,AC = 6,BC = 8。点 D 在边 BC 上,将 △ACD 沿 AD 折叠,使点 C 落在斜边 AB 上的点 C′ 处。求 CD 的长。
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【第一步:标出折叠后的不变量】
AC′ = AC = 6,DC′ = DC,∠AC′D = ∠C = 90°

【第二步:求 BC′】先用勾股定理求斜边
AB = √(6² + 8²) = √100 = 10
BC′ = AB - AC′ = 10 - 6 = 4

【第三步:设未知数列方程】
设 CD = x,则 DC′ = x,BD = BC - CD = 8 - x
∵ ∠AC′D = 90°,∴ ∠BC′D = 90°
在 Rt△BC′D 中:
BC′² + DC′² = BD²
4² + x² = (8 - x)²
16 + x² = 64 - 16x + x²
16x = 48
x = 3

【答】CD = 3(此时 BD = 5,验算:4² + 3² = 25 = 5² ✓)

易错提醒:∠AC′D = 90° 是折叠带过去的角,由它才能得到 ∠BC′D = 90°,这一步不写清楚,后面的勾股定理就没有依据。折叠题的等量关系全在「对应边相等、对应角相等」这两句话里。

压轴题

第 7 题 压轴·解答
已知抛物线 y = x² - 2x + 3。
(1)求它关于 x 轴对称的抛物线的解析式;
(2)求它关于 y 轴对称的抛物线的解析式;
(3)求它绕原点旋转 180° 后的抛物线的解析式。
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【先配方找顶点】
y = x² - 2x + 3 = (x² - 2x + 1) + 2 = (x - 1)² + 2
顶点 (1, 2),开口向上。

【(1)关于 x 轴对称】把 y 换成 -y(顶点变 (1, -2),开口翻向下)
-y = (x - 1)² + 2
y = -(x - 1)² - 2 = -x² + 2x - 3
检查:x = 1 时 y = -1 + 2 - 3 = -2 ✓

【(2)关于 y 轴对称】把 x 换成 -x(顶点变 (-1, 2),开口不变)
y = (-x - 1)² + 2 = (x + 1)² + 2
y = x² + 2x + 3
检查:x = -1 时 y = 1 - 2 + 3 = 2 ✓

【(3)绕原点旋转 180°】相当于关于原点中心对称,x、y 都换成相反数
顶点变 (-1, -2),开口向下
y = -(x + 1)² - 2 = -x² - 2x - 3
检查:x = -1 时 y = -1 + 2 - 3 = -2 ✓

易错提醒:三种变换记住「变什么」:关于 x 轴对称变 y 的符号,关于 y 轴对称变 x 的符号,中心对称两个都变。每做完一个都用顶点坐标代回去验一遍,几秒钟就能查出错。

第 8 题 压轴·解答
如图,△ABC 是边长为 6 的等边三角形。将 △ABC 沿 BC 方向平移 t 个单位(0 ≤ t ﹤ 6)得到 △DEF(点 A、B、C 的对应点分别是 D、E、F)。
求两个三角形重叠部分的面积 S 关于 t 的函数关系式。
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【第一步:看清重叠部分是什么形状】
平移方向与 BC 平行,两个三角形的底边在同一条直线上。
重叠部分由原三角形的边 AC 和新三角形的边 DE 围成,
而 DE ∥ AB、AC 方向不变,所以重叠部分仍是等边三角形

【第二步:求它的边长】
重叠三角形的底边是 EC:
BE = t(平移距离),BC = 6
EC = BC - BE = 6 - t

【第三步:用边长求面积】边长为 a 的等边三角形
高 = (√3/2)a,面积 = ½ · a · (√3/2)a = (√3/4)a²

把 a = 6 - t 代入:
S = (√3/4)(6 - t)²(0 ≤ t ﹤ 6)

【验算两个端点】
t = 0:两个三角形完全重合,S = (√3/4) × 36 = 9√3,正好是边长 6 的等边三角形面积 ✓
t → 6:S → 0,两个三角形只剩一个公共点 ✓

易错提醒:平移类面积题的套路:先判断重叠部分的形状(往往与原图形相似),再把它的边长用 t 表示。别忘了写取值范围,t = 6 时重叠部分退化成一个点,面积为 0,所以这里取不到 6。

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