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Geometry · real student question

顶点为 (2,3)、(4,3)、(3,5) 的三角形经过变换 (x, y) → (−x, −y)。这属于哪种变换:平移、关于 y 轴对称、绕原点旋转 180°,还是关于 x 轴对称?

Question

顶点为 (2,3)(2,3)、(4,3)(4,3)、(3,5)(3,5) 的三角形经过变换

(x,y)⟶(−x,−y)(x,y)\longrightarrow(-x,-y)

下列哪一项最准确地描述了它?

A. 平移。B. 关于 yy 轴对称。C. 绕原点旋转 180∘180^{\circ}。D. 关于 xx 轴对称。

Step-by-step solution

  1. 把这条法则和标准法则逐一比对。 每种基本变换都有自己的坐标特征:

    关于 y 轴对称:(x,y)→(−x,y);关于 x 轴对称:(x,y)→(x,−y)\text{关于 }y\text{ 轴对称}:(x,y)\to(-x,y);\quad \text{关于 }x\text{ 轴对称}:(x,y)\to(x,-y)

    绕 O 旋转 180∘:(x,y)→(−x,−y);平移:(x,y)→(x+h,y+k)\text{绕 }O\text{ 旋转 }180^{\circ}:(x,y)\to(-x,-y);\quad \text{平移}:(x,y)\to(x+h,y+k)

    题给的法则把两个坐标都取了相反数,只有第三条对得上。

  2. 排除平移。 平移是给每个点加上同一个固定向量。这里 (2,3)→(−2,−3)(2,3)\to(-2,-3) 位移是 (−4,−6)(-4,-6),而 (3,5)→(−3,−5)(3,5)\to(-3,-5) 位移是 (−6,−10)(-6,-10)——向量不一样,所以不是平移。

  3. 排除两种轴对称。 关于 yy 轴对称会保持 yy 不变,把 (2,3)(2,3) 变到 (−2,3)(-2,3);关于 xx 轴对称会保持 xx 不变,把它变到 (2,−3)(2,-3)。两者都不等于真实的像 (−2,−3)(-2,-3)。

  4. 从几何上确认这是半周旋转。 对任意点 P=(x,y)P=(x,y),它的像 P′=(−x,−y)P'=(-x,-y) 满足:原点是 PP′PP' 的中点,因为 x+(−x)2=0\tfrac{x+(-x)}{2}=0、y+(−y)2=0\tfrac{y+(-y)}{2}=0;同时 ∣OP′∣=x2+y2=∣OP∣|OP'|=\sqrt{x^{2}+y^{2}}=|OP|。距离相同、方向相反——这恰恰就是绕原点旋转 180∘180^{\circ}。

    C:绕原点旋转 180∘,例如 (2,3)→(−2,−3)\boxed{\text{C:绕原点旋转 }180^{\circ}\text{,例如 }(2,3)\to(-2,-3)}

  5. 把它作用到整个三角形上,并注意一个性质。 像的三个顶点是 (−2,−3)(-2,-3)、(−4,−3)(-4,-3)、(−3,−5)(-3,-5)。半周旋转是保持长度和角度的刚体运动,但与轴对称不同,它保持定向——顶点的绕行顺序不会反过来。它还是自身的逆变换:连做两次,每个点都回到出发位置。

Answer

绕原点旋转 180∘\text{绕原点旋转 }180^{\circ}

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