坐标与图形变换

📘 平面直角坐标系·
⭐⭐⭐
·平移、对称

🎯 学习目标

  • 理解平移和对称在平面直角坐标系中的表示方法
  • 掌握点在平移、轴对称(关于x轴、y轴)下的坐标变化规律
  • 能根据图形变换规则,求出变换后对应点的坐标

📚 核心概念

在平面直角坐标系中,图形可以通过平移对称进行变换,而这些变换都会引起图形上各点坐标的规律性变化。

平移是指图形沿某一方向移动一定距离,但形状和大小不变。若一个点 P(x,y)P(x, y) 向右平移 aa 个单位、向上平移 bb 个单位,则新点坐标为 (x+a,y+b)(x + a, y + b)。向左或向下平移时,aabb 取负值。

对称是指图形关于某条直线“镜像翻折”。初中阶段主要学习关于 x轴y轴 的对称:

  • P(x,y)P(x, y) 关于 x轴 对称的点为 (x,y)(x, -y)(横坐标不变,纵坐标变号);
  • P(x,y)P(x, y) 关于 y轴 对称的点为 (x,y)(-x, y)(纵坐标不变,横坐标变号)。

这些变换规则不仅适用于单个点,也适用于由多个点组成的图形(如三角形、四边形等)。只要知道原图形各顶点坐标,就能通过上述规则快速求出变换后图形的对应顶点坐标。

📝 关键公式

  • 平移公式:点 P(x,y)P(x, y) 向右平移 aa,向上平移 bb → 新点为 (x+a,y+b)(x + a, y + b)
    示例:(2,3)(2, 3) 向右平移4个单位 → (2+4,3)=(6,3)(2+4, 3) = (6, 3)
  • 关于x轴对称(x,y)(x,y)(x, y) \rightarrow (x, -y)
    示例:(5,2)(5, -2) 关于x轴对称 → (5,2)(5, 2)
  • 关于y轴对称(x,y)(x,y)(x, y) \rightarrow (-x, y)
    示例:(1,4)(-1, 4) 关于y轴对称 → (1,4)(1, 4)

💡 经典例题

例题1(基础):点 A(3,2)A(-3, 2) 先向右平移5个单位,再向下平移3个单位,求最终点的坐标。

  1. 向右平移5个单位:横坐标加5 → 3+5=2-3 + 5 = 2,得点 (2,2)(2, 2)
  2. 向下平移3个单位:纵坐标减3 → 23=12 - 3 = -1,得最终点 (2,1)(2, -1)

:最终点坐标为 (2,1)(2, -1)


例题2(进阶):已知点 B(4,1)B(4, -1),先作关于y轴的对称点 BB',再将 BB' 向上平移2个单位得到点 BB'',求 BB'' 的坐标。

  1. 关于y轴对称:横坐标变号,纵坐标不变 → B=(4,1)B' = (-4, -1)
  2. 向上平移2个单位:纵坐标加2 → 1+2=1-1 + 2 = 1,得 B=(4,1)B'' = (-4, 1)

BB'' 的坐标是 (4,1)(-4, 1)

⚠️ 易错点

  • 混淆平移方向:误以为“向右平移”是减横坐标。应牢记:右加左减,上加下减
  • 对称时符号错误:例如把关于x轴对称写成 (x,y)(-x, y)。记住:关于哪条轴对称,哪个坐标不变,另一个变号。
  • 变换顺序搞错:当题目要求“先对称再平移”时,不能颠倒顺序,否则结果不同。务必按题目步骤依次操作。
  • 忽略整体图形变换:只关注一个点,忘记图形所有顶点都要按相同规则变换。画图辅助可避免此错。

💡 例题

1

某个椭圆的中心在(3,1),(-3,1),,一个焦点在(3,0),(-3,0),,半长轴的一个端点在(3,3).(-3,3).。求这个椭圆的半短轴。

  1. 中心到焦点的距离是c=1.c = 1.
  2. 半长轴长等于中心到半长轴端点的距离,即a=2.a = 2.
  3. 半短轴长为b=a2c2=3.b = \sqrt{a^2 - c^2} = \boxed{\sqrt{3}}.
2

一个椭圆的两个焦点在(0,2)(0, 2)(3,0)(3, 0)处。它与xx轴有两个交点,其中一个是原点。另一个交点是什么?请用有序数对表示。

  1. 椭圆上任意一点到两个焦点的距离之和为2+3=5. 2 + 3 = 5.
  2. 根据椭圆定义,椭圆上任一点到两焦点的距离和都等于5.5.
  3. 设另一个xx轴交点为(x,0)(x, 0),由距离公式得
x3+x2+4=5.|x-3| + \sqrt{x^2+4} = 5.

。 4. 画出椭圆可知x>3,x>3,,因此可去掉x3.x-3.周围的绝对值符号。 5. 解关于xx的方程,得

x2+4=8xx2+4=x216x+6416x=60,\begin{aligned} \sqrt{x^2+4} &= 8-x \\ x^2+4 &= x^2-16x+64 \\ 16x &= 60, \end{aligned}

,所以x=6016=154.x = \tfrac{60}{16} = \tfrac{15}{4}.。 6. 因此答案是(154,0).\boxed{\left(\tfrac{15}{4},0\right)}.

✏️ 练习

1

某个椭圆的中心在(3,1),(-3,1),,一个焦点在(3,0),(-3,0),,半长轴的一个端点在(3,3).(-3,3).。求该椭圆的半短轴。

2

线段s1s_1的两个端点分别是(4,1)(4,1)(8,5)(-8,5)。将线段【MATH_0】向右平移22个单位、向上平移33个单位,得到线段s2s_2。求线段s2s_2的中点坐标。用(a,b)(a,b)的形式表示答案,其中aabb都是整数。

3

B(1,1)B(1, 1)I(2,4)I(2, 4)G(5,1)G(5, 1)在标准直角坐标系中描出,组成三角形BIGBIG。将三角形BIGBIG向左平移5个单位、向上平移2个单位,得到三角形BIGB'I'G',其中BB'BB的对应点,II'II的对应点,GG'GG的对应点。线段BGB'G'的中点坐标是多少?用有序数对表示。

4

三角形ABCABC的三个顶点坐标分别是A(5,8)A(5,8)B(3,2)B(3,-2)C(6,1)C(6,1)。在三角形内部取一点DD,其坐标为(m,n)(m,n),使得小三角形ABDABDACDACDBCDBCD的面积都相等。求10m+n10m + n的值。

5

A=(0,9)A=(0,9)B=(0,12)B=(0,12)。点AA'BB'在直线y=xy=x上,且AA\overline{AA'}BB\overline{BB'}相交于点C=(2,8)C=(2,8)。求AB\overline{A'B'}的长度。