坐标系中的规律探索_坐标系中的变化规律总结

  探索型问题有助于我们在分析、推理、探索中提高数学思维能力和创新能力.下面以2007年的几道中考题为例,讲解一下与平面直角坐标系有关的探索型题目.   例1如图1,在平面直角坐标系中,有若干个整数点(横、纵坐标都为整数),其顺序按图中“→”方向排列,即(1,0),(2,0),(2,1),(3,2),(3,1),(3,0),…根据这个规律探索,可得第100个点的坐标为 .
  解析:观察图1中点的坐标的排列规律可知,当点的横坐标为偶数时,其排列顺序是按纵坐标由小到大的顺序排列;当点的横坐标为奇数时,其排列顺序是按纵坐标由大到小的顺序排列.再观察每一纵列,横坐标为1的点有1个,横坐标为2的点有2个,横坐标为3的点有3个,…,横坐标为n的点有n个.
  因1 + 2 + 3 + … + 13 = 91 < 100 < 1 + 2 + 3 + … + 14 = 105,故第100个点的横坐标应为14,而其纵坐标应为8,即第100个点的坐标为(14,8).
  点评:解本题的关键,是从图形中找出关于点的排列顺序和每列点的个数的规律.
  例2如图2,在平面直角坐标系中,已知点P0的坐标为(1,0),将线段OP0绕O点按逆时针方向旋转 45°,再将其长度伸长为原来的2倍,得到线段OP1;再将线段OP1绕O点按逆时针方向旋转45°,长度伸长为OP1的2倍,得到线段OP2.如此下去,得到线段OP3,OP4,…,OPn(n为正整数).
  (1) 求点P6的坐标.
  (2) 我们规定:把点Pn(xn,yn)(n = 0,1,2,3,…)的横坐标xn,纵坐标yn都取绝对值后得到的新坐标(xn,yn)称为点Pn的“绝对坐标”.根据图中点Pn的分布规律,请你猜想点Pn的“绝对坐标”,并写出来.
  解析:(1)根据旋转规律,点P6落在y轴的负半轴,而点Pn到坐标原点的距离始终等于Pn-1点到原点距离的2倍,故P6的坐标为(0,- 26),即P6(0,- 64).
  (2)由题意知,OP0旋转8次后回到x轴正半轴,在这8次旋转中,点Pn分别落在象限的角平分线上或x轴、y轴上,但各点“绝对坐标”的横、纵坐标均为非负数,因此,点Pn可分为三类情况:
  ①当n = 8k或n = 8k + 4时(其中k为自然数),点Pn落在x轴上,此时,点Pn的绝对坐标为(2n,0).
  ②当n = 8k + 1或n = 8k + 3或n = 8k + 5或n = 8k + 7时(其中k为自然数),点Pn落在象限的角平分线上,此时,点Pn的绝对坐标为
  ・2n,
  ・2n,即(2n - 1,2n - 1).
  ③当n = 8k + 2或n = 8k + 6时(其中k为自然数),点Pn落在y轴上,此时,点Pn的绝对坐标为(0,2n).
  点评:本题寻找Pn点坐标规律时,要充分利用两个条件:①OPn长度为OPn - 1长度的2倍;②旋转角为45°.所以在做题时,首先要从题目中提炼有用的信息,这样再做题就容易多了.
  例3实验与探究.
  (1)在图3、图4、图5中,▱ABCD的顶点A、B、D的坐标已给出.图 3、图4、图5中的顶点C的坐标分别是,,.
  (2)在图6中,▱ABCD的顶点A,B,D的坐标已给出,求顶点C的坐标(用含a、b、c、d、e、f的代数式表示).
  (3) 通过对图3~图6的观察和顶点C的坐标的探究,你会发现:无论▱ABCD处于平面直角坐标系中哪个位置,4个顶点的坐标之间都存在着某个不变的关系.如图6,当▱ABCD的顶点坐标为A(a,b),B(c,d),C(m,n),D(e,f)时,4个顶点的横坐标a、c、m、e之间的等量关系为;纵坐标b、d、n、f之间的等量关系为.(不必证明)
  解析:(1)根据平行四边形的性质,可求出图3、图4、图5中的顶点C的坐标分别是(5,2),(e + c,d),(c + e - a,d).
  (2)如图7,分别过点A、B、C、D作x轴的垂线,垂足分别为A1、B1、C1、D1.分别过A、D作AE⊥BB1于点E,DF⊥CC1于点F.在▱ABCD中,CD = BA,又因为BB1∥CC1,所以∠EBA = ∠FCD.
   因为∠BEA = ∠CFD = 90°,所以△BEA ≌ △CFD.
  所以AE = DF = a - c,BE = CF = d - b.
  设C点的坐标为(m,n).由e - m = a - c,得m = e + c - a.由n - f = d - b,得 n = f + d - b.所以C点的坐标为(e + c - a, f + d - b).
  (3)由(1)、(2)易得4点坐标之间的关系为m + a = c + e,n + b = d + f,或表示为 m = c + e - a,n = d + f - b.Y