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怎么用网络画板演示刚体运动?

平面上的刚体运动,包括旋转、平移和轴对称,以及它们的复合。下面,我就用网络画板演示一下,刚体运动的复合,蕴含的规律。
工具/原料
1

电脑

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网络画板

基本内容
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旋转,在网络画板里面有专门工具:选择A和O,点击旋转工具,在对话框里面输入36,旋转逆时针、角度,确定之后,就得到A1。A1是A绕O逆时针旋转36°,得到的点。

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平移,其实就是向量的加法:选择A,再选择向量OB(有向线段),点击平移工具,就可以实现平移。如图,A按照向量OB平移,得到A2。

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反射,就是轴对称变换:选择点A和直线u,再点击轴对称变换工具,就得到A关于u的对称点A3。

旋转与平移的复合
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刚体变换的复合是不可交换的。比如,先旋转再平移,跟先平移再旋转,效果不一样:A1按照向量OB平移,得到A4;A2绕O逆时针旋转36°,得到A5;A4和A5不重合。

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实际上,A4绕A1逆时针旋转36°,恰好与A5重合;或者说,向量OB绕O逆时针旋转36°,作为A1的平移向量,得到A5点。

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还可以这样理解:向量A1A5与OB夹角是36°;△AOA2绕O逆时针旋转36°,得到△A1OA5。

旋转与反射的复合
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先旋转再反射:设A1关于直线u的对称点是A6;先反射再旋转:A3绕O逆时针旋转36°,得到A7。

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可以证明,A6和A7,关于OA3对称。

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也就是说,先旋转再反射,相当于先反射再反方向旋转:A3绕O顺时针旋转36°,与A6重合。

平移与反射的复合
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设A2关于直线u的对称点是A8;A3按照向量OB平移,得到A9。A8和A9一般是不重合的,所以平移和反射,也是不能交换的。

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通过观察,容易发现,A8和A9,到A3的长度相等。

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而∠A8A3A9的平分线,始终与直线u平行。

注意事项
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平面上所有的刚体运动,都可以通过旋转、平移、反射复合得到。

2

复合是不可交换的。

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平面上所有的刚体运动,构成一个运动群。

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