我們可以想象平面上有一條會運動的線段,不同的運動方式它所掃過的圖形當然是不同的。比如平行移動可以掃過一個矩形。這一講我們重點研究一條線段繞一個固定點旋轉的情況。
問題1 如圖1,線段AB的長度為1厘米,那么畫出這條線段分別繞A點和B點按順時針方向旋轉90°所掃過的圖形,并求出相應圖形的面積。
問題2 如圖3,ABCD是一個長為4,寬為3,對角線長度為5的長方形。它繞C點按順時針方向旋轉90°,分別求出四條邊掃過圖形的面積。
我們可以先畫出旋轉后的圖形(如圖4)。
首先容易發(fā)現(xiàn)DC邊和BC邊旋轉后掃過的圖形
因此,DC邊掃過圖形的面積為4π平方厘米,BC邊掃過圖形的面積
在整個AB邊上,距離C點最近的點是B點,最遠的點是A點,因此整條線段所掃過部分應該介于這兩個點所掃過弧線之間,見圖6中陰影部分:
下面我們來求這部分的面積。
觀察圖形可以發(fā)現(xiàn),所求陰影部分的面積實際上是:
。ㄉ刃ACA面積+三角形ABC面積)-(三角形ABC面積+扇形BCB面積)
=扇形ACA面積-扇形BCB面積
=4π
下面再來研究AD邊掃過的圖形。
由于在整條線段上距離C點最遠的點是A,最近的點是D,所以我們可以畫出AD邊掃過的圖形,如圖7陰影部分所示:
用與前面同樣的方法可以求出面積為:
解決此類問題的關鍵是能夠相對準確地畫出圖形。
問題3 如圖8是一個等腰直角三角形ABC,直角邊長度為1,將整個三角形繞C點順時針旋轉90°,求斜邊掃過圖形的面積。
先畫出旋轉后的圖形(如圖9):
可以看出,距離C點最遠的點是A點和B點,最近的點是AB邊的中點D,因此我們可以畫出AB邊掃過的圖形,如圖10陰影部分:
下面來求這部分的面積:
我們可以把所求面積的部分分為兩個部分,兩個弓形的面積為:
因此所求部分的面積就是:
同學們可以進一步思考,比如平行四邊形的旋轉問題、一般三角形的旋轉問題等等,此類問題的解決對提高解決幾何圖形問題的能力是非常有益的。