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4. 中心对称图形

图形的旋转与中心对称 · 初三
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 在平面内,把一个图形绕某一点旋转180°,如果旋转后的图形能够与原来的图形重合,那么这个图形叫做中心对称图形。

从哪来 它建立在“例题1:求顶点坐标与对称轴”之上。通过掌握抛物线的轴对称性质(对称轴),学生已具备理解“对称”这一几何变换的基础,中心对称是轴对称在旋转视角下的延伸与对比。

为什么 中心对称的本质是“点对称”。对于图形上的任意一点 $P$,都存在图形上另一点 $P'$,使得旋转中心 $O$ 是线段 $PP'$ 的中点。 从代数角度看,若以中心 $O$ 为原点,点 $(x, y)$ 关于原点的对称点为 $(-x, -y)$。 之所以要求旋转180°后重合,是因为180°是旋转中唯一能产生“反向共线”且保持距离不变的变换,这使得图形在中心两侧呈现完全镜像但方向相反的分布。这与轴对称(沿直线翻折)不同,轴对称改变的是法向分量,而中心对称同时改变横纵坐标的符号,体现了平面几何中两种基本对称变换的互补性。

适合:形象思维强、喜欢动手操作的学生** **实物演示法
1. 拿一个透明塑料片,上面画一个平行四边形(非矩形、非菱形)。 2. 在中心点 $O$ 处用图钉固定,放在白纸上。 3. 让学生用手按住图钉,将塑料片旋转180°。 4. 观察:旋转后的图形是否与原图形完全重合? 5. 对比:再拿一个等腰三角形做同样操作,发现无法重合。 6. 结论:能重合的(如平行四边形、圆、字母S、H、N、Z)是中心对称图形;不能重合的(如等腰三角形、字母K、P)不是。 7. 关键动作:强调“绕一点”和“转180°”两个动作缺一不可。
适合:逻辑推理强、偏好代数分析的学生** **坐标推导法
1. 建立直角坐标系,设中心对称中心为原点 $O(0,0)$。 2. 取图形上任意一点 $A(x,y)$。 3. 根据旋转180°的性质,点 $A$ 的对应点 $A'$ 必须满足:$O$ 是 $AA'$ 中点,且 $A, O, A'$ 共线。 4. 由中点公式推导:$A'$ 的坐标必为 $(-x, -y)$。 5. 判定标准:如果一个图形的方程 $f(x,y)=0$ 满足 $f(-x,-y)=f(x,y)$,则该图形关于原点中心对称。 6. 应用:例如圆 $x^2+y^2=r^2$,代入 $-x, -y$ 后方程不变,故为中心对称图形;抛物线 $y=x^2$,代入后变为 $y=(-x)^2=x^2$,看似不变,但需检查定义域或具体点:点 $(1,1)$ 的对称点是 $(-1,1)$,而 $(-1,1)$ 在抛物线上,但点 $(0,0)$ 的对称点是 $(0,0)$。然而,抛物线整体不具备“每一点都有对称点且图形重合”的全局性,因为对于点 $(2,4)$,其对称点 $(-2,4)$ 在抛物线上,但抛物线开口方向导致其无法通过旋转180°重合(实际上抛物线不是中心对称图形,此处需修正:抛物线 $y=x^2$ 中,点 $(1,1)$ 对称点 $(-1,1)$ 在曲线上,点 $(2,4)$ 对称点 $(-2,4)$ 在曲线上,看似满足?不,中心对称要求图形绕中心旋转后重合。抛物线绕顶点旋转180°后开口向下,与原图形不重合。代数上,若图形关于原点中心对称,则 $(x,y)$ 在图形上 $\iff (-x,-y)$ 在图形上。对于 $y=x^2$,若 $(x,y)$ 在曲线上,则 $y=x^2$。其对称点 $(-x,-y)$ 需满足 $-y=(-x)^2=x^2$,即 $-y=x^2$,也就是 $y=-x^2$。显然 $y=x^2$ 与 $y=-x^2$ 不重合(除非 $y=0$)。因此抛物线不是中心对称图形。) 7. 结论:通过代数验证“点集关于原点对称”来判断。
适合:空间想象力好、喜欢几何直观的学生** **几何变换对比法
1. 画出轴对称图形(如等腰三角形)和中心对称图形(如平行四边形)。 2. 提问:轴对称是“翻折”,像照镜子;中心对称是“旋转”,像车轮转动。 3. 关键区别:轴对称图形有一条“对称轴”(直线),中心对称图形有一个“对称中心”(点)。 4. 特殊案例:正方形既是轴对称图形,又是中心对称图形。 - 轴对称:沿两条对角线、两条对边中点连线翻折重合(4条对称轴)。 - 中心对称:绕对角线交点旋转180°重合(1个对称中心)。 5. 记忆口诀:轴对称找“线”,中心对称找“点”;翻折重合是轴对,旋转重合是中心。
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练一道
基础题
下列图形中,是中心对称图形但不是轴对称图形的是( ) A. 圆 B. 等边三角形 C. 平行四边形(非矩形、非菱形) D. 正方形
变式
在平面直角坐标系中,已知 $\triangle ABC$ 的三个顶点坐标分别为 $A(1,2)$,$B(3,4)$,$C(5,1)$。 (1) 求 $\triangle ABC$ 关于原点 $O$ 中心对称的 $\triangle A'B'C'$ 的顶点坐标; (2) 判断 $\triangle ABC$ 是否为轴对称图形,并说明理由。
看解答过程
1. 分析A(圆):圆绕圆心旋转180°重合,是中心对称图形;同时圆有无数条对称轴,也是轴对称图形。不符合“不是轴对称图形”的条件。 2. 分析B(等边三角形):绕任意点旋转180°均不能与原图形重合,不是中心对称图形。 3. 分析C(平行四边形):绕对角线交点旋转180°,顶点A与C重合,B与D重合,图形完全重合,是中心对称图形。但一般平行四边形没有对称轴(沿对角线或对边中点连线翻折均不重合),不是轴对称图形。符合条件。 4. 分析D(正方形):既是中心对称图形,又是轴对称图形。不符合条件。
试试手自己判
检测题
下列图形中,既是中心对称图形又是轴对称图形的是( ) A. 平行四边形 B. 等腰三角形 C. 矩形 D. 正五边形
看答案和判分标准
答案:C
判对标准:
1. 选C得满分:学生能正确识别矩形既是中心对称(绕对角线交点旋转180°重合)又是轴对称(沿对边中点连线翻折重合)。
2. 选A得半分:学生知道平行四边形是中心对称图形,但误以为它也是轴对称图形(一般平行四边形不是)。
3. 选B或D得0分:学生混淆了轴对称与中心对称,或误认为正五边形是中心对称图形(正五边形只有轴对称,无中心对称,因为5是奇数,旋转180°后顶点无法对应)。
4. 附加判断:若学生能口头解释“矩形有2条对称轴和1个对称中心”,则视为完全掌握。
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