全等、放大与复合变换 · 5.4.2

设计镶嵌图案

学生通过对一个选定的基本瓦片反复施加等距变换,平移、反射和/或旋转,来设计自己的镶嵌图案,并检查生成的图案是否完全覆盖平面,没有空隙也没有重叠。

官方学习标准 (5.4.2)

“设计涉及等距变换的镶嵌图案。”

它的含义

学生通过对一个选定的基本瓦片反复施加等距变换,平移、反射和/或旋转,来设计自己的镶嵌图案,并检查生成的图案是否完全覆盖平面,没有空隙也没有重叠。

如何考查

这在很大程度上是一个实践性、以项目为基础的学习标准。在SPM考试中,它仍可能以试卷一或试卷二的题目出现,要求学生判断由基本瓦片生成给定镶嵌图案所用的变换,或补全部分镶嵌图形。

例题

一个基本瓦片是直角三角形,顶点为A(0, 0)、B(2, 0)和C(0, 2)。描述如何先用一次旋转开始,再运用等距变换来用这个三角形镶嵌整个平面。

  1. 将三角形ABC绕BC中点M(1, 1)旋转180°,得到全等三角形A′B′C′(旋转是等距变换,大小和形状不变)。
  2. 三角形ABC与其旋转后的像A′B′C′沿BC边精确拼合,组成一个顶点为(0, 0)、(2, 0)、(2, 2)和(0, 2)的2×2正方形。
  3. 将这个正方形按向量(2, 0)反复平移,沿x轴方向铺满一整行正方形。
  4. 将该行按向量(0, 2)反复平移,铺满整个平面,形成没有空隙也没有重叠的图案。

资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)

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常见问题

哪些变换可以用来设计镶嵌图案?

任何等距变换,平移、反射或旋转,都可以,因为它们保持瓦片的大小和形状不变,使每个重复的副本都全等并能精确拼合,没有空隙或重叠。

是不是所有形状都能镶嵌平面?

不是。只有等边三角形、正方形和正六边形能单独构成正镶嵌。

其他形状如果与自身旋转或反射后的副本组合,或与其他形状组合,仍可能实现镶嵌,但并非每种形状都可以。

为什么所使用的变换必须是等距变换?

等距变换只改变瓦片的位置或方向,而保持其大小和形状不变。这一点很重要,因为这样才能保证每个重复的副本都完全全等,并与相邻瓦片精确拼合,没有空隙或重叠。

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