旋转变换

旋转变换是由一个图形改变为另一个图形,在改变过程中,原图上所有的点都绕一个固定的点换同一方向,转动同一个角度。

欧氏几何中的一种重要变换

目录

  1. 简介
  2. 性质

简介

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简称旋转欧氏几何中的一种重要变换.即在欧氏平面上(欧氏空间中),让每一点P绕一固定点(固定轴线)旋转一个定角,变成另一点P′,如此产生的变换称为平面上(空间中)的旋转变换。此固定点(固定直线)称为旋转中心(旋转轴),该定角称为旋转角。旋转是第一种正交变换。

发音:旋(xuán)转(zhuàn )。英文:rotation

在平面内,把一个图形绕点O旋转一个角度的图形变换叫做旋转,点O叫做旋转中心,旋转的角叫做旋转角,如果图形上的点P经过旋转变为点Pˊ,那么这两个点叫做这个旋转的对应点。

性质

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:  ①对应点到旋转中心的距离相等(意味着:旋转中心在对应点所连线段的垂直平分线上)。

②对应点与旋转中心所连线段的夹角等于旋转角。  ③旋转前、后的图形全等。

旋转三要素:  ①旋转中心;  

旋转变换旋转变换

②旋转方向;

③旋转角度。

注意:三要素中只要任意改变一个,图形就会不一样。

旋转变换的作图:①确定旋转中心、旋转方向和旋转角度;②找出能确定图形的关键点;③连结图形的关键点与旋转中心,并按旋转的方向分别将它们旋转一个角,得到此关键点的对应点;④按原图形的顺序连结这些对应点,所得图形就是旋转后的图形。

旋转对称性:如果某图形绕着某个定点转动一定角度(小于360°)后能与自身重合,那么这种图形就叫做旋转对称图形。(结合网络及教辅书籍)

假设初始点P=(Xo,Yo)T 中心点O(Cx,Cy)T 矩阵A[2×2]=

旋转变换

(T表示转置,θ为从P到P'的旋转角差值)

那么P'=A×(P-O)+O

P'=((Xo-Cx)×cosθ-(Yo-Cy)×sinθ+Cx,(Xo-Cx)×sinθ+(Yo-Cy)×cosθ+Cy)

证明:

设圆心为O(Cx,Cy)T ,半径为r=|P-O|的圆C为:

x=Cx+r×cosα

y=Cy+r×sinα

则P点位于圆上,设向量(OP)与x轴夹角是β;

另设一点P'在圆上,且向量(OP)与向量(OP')的夹角是θ,可得:

P'x=Cx+r×cos(β+θ)=Cx+(r×cosβ)×cosθ-(r×sinβ)×sinθ -----------①

P'y=Cy+r×sin(β+θ)=Cx+(r×sinβ)×cosθ+(r×cosβ)×sinθ -----------②

由于:

Xo=Cx+r×cosβ

Yo=Cy+r×sinβ

得到:

r×cosβ=Xo-Cx

r×sinβ=Yo-Cy

代入①②得:

P'x=Cx+(Xo-Cx)×cosθ-(Yo-Cy)×sinθ

P'y=Cy+(Yo-Cy)×cosθ+(Xo-Cx)×sinθ

即:

P'=((Xo-Cx)×cosθ-(Yo-Cy)×sinθ+Cx,(Xo-Cx)×sinθ+(Yo-Cy)×cosθ+Cy)

写作矩阵形式:

P'=A×(P-O)+O

其中:

P=(Xo,Yo)T O(Cx,Cy)T 矩阵A[2×2]=

旋转变换

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