1. 我们认识了图形的三种基本变换:平移、轴对称和旋转,利用图形的这三种基本变换,可以设计出各种各样的漂亮图案. 现有如图①所示的瓷砖若干块.
(1)请用 4 块如图①所示的瓷砖,在图②所示方格纸上设计出一个美丽的图案;
(2)利用你在(1)中设计的图案,通过平移、轴对称或旋转,在图③所示方格纸上设计出更大、更美丽的图案.

(1)请用 4 块如图①所示的瓷砖,在图②所示方格纸上设计出一个美丽的图案;
(2)利用你在(1)中设计的图案,通过平移、轴对称或旋转,在图③所示方格纸上设计出更大、更美丽的图案.
答案
解:(1)如答图①所示. (答案不唯一)
(2)如答图②所示. (答案不唯一)
2. 利用对称性可设计出美丽的图案,在边长为 1 的正方形组成的网格中,有如图所示的四边形(顶点都在格点上).
(1)作出该四边形关于直线 $ l $ 成轴对称的图形;
(2)作出你所作图形(连同原四边形)绕点 $ O $ 按顺时针方向旋转 $ 90^{\circ} $ 后的图形;
(3)完成上述设计后,求整个图案的面积.

(1)作出该四边形关于直线 $ l $ 成轴对称的图形;
(2)作出你所作图形(连同原四边形)绕点 $ O $ 按顺时针方向旋转 $ 90^{\circ} $ 后的图形;
(3)完成上述设计后,求整个图案的面积.
答案
解:(1)如答图所示.
(2)如答图所示.
(3)整个图案的面积为 $ 4 × \frac{1}{2} × 2 × 5 = 20 $.
3. 探索新知:
如图①,射线 $ OC $ 在 $ ∠ AOB $ 的内部,图中共有 3 个角:$ ∠ AOB $,$ ∠ AOC $ 和 $ ∠ BOC $,若其中有一个角的度数是另一个角度数的两倍,则称射线 $ OC $ 是 $ ∠ AOB $ 的“巧分线”.
(1)一个角的平分线
(2)如图②,若 $ ∠ MPN = α $,且射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”,则 $ ∠ MPQ = $
深入研究:
如图②,若 $ ∠ MPN = 60^{\circ} $,且射线 $ PQ $ 绕点 $ P $ 从 $ PN $ 位置开始,以每秒 $ 10^{\circ} $ 的速度逆时针旋转,当 $ PQ $ 与 $ PN $ 成 $ 180^{\circ} $ 时停止旋转,旋转的时间为 $ t $ 秒.
(3)当 $ t $ 为何值时,射线 $ PM $ 是 $ ∠ QPN $ 的“巧分线”;
(4)若射线 $ PM $ 同时绕点 $ P $ 以每秒 $ 5^{\circ} $ 的速度逆时针旋转,并与 $ PQ $ 同时停止,请直接写出当射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”时 $ t $ 的值.

如图①,射线 $ OC $ 在 $ ∠ AOB $ 的内部,图中共有 3 个角:$ ∠ AOB $,$ ∠ AOC $ 和 $ ∠ BOC $,若其中有一个角的度数是另一个角度数的两倍,则称射线 $ OC $ 是 $ ∠ AOB $ 的“巧分线”.
(1)一个角的平分线
是
这个角的“巧分线”;(填“是”或“不是”)(2)如图②,若 $ ∠ MPN = α $,且射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”,则 $ ∠ MPQ = $
$ \frac{1}{2} α $ 或 $ \frac{1}{3} α $ 或 $ \frac{2}{3} α $
;(用含 $ α $的代数式表示出所有可能的结果)深入研究:
如图②,若 $ ∠ MPN = 60^{\circ} $,且射线 $ PQ $ 绕点 $ P $ 从 $ PN $ 位置开始,以每秒 $ 10^{\circ} $ 的速度逆时针旋转,当 $ PQ $ 与 $ PN $ 成 $ 180^{\circ} $ 时停止旋转,旋转的时间为 $ t $ 秒.
(3)当 $ t $ 为何值时,射线 $ PM $ 是 $ ∠ QPN $ 的“巧分线”;
(4)若射线 $ PM $ 同时绕点 $ P $ 以每秒 $ 5^{\circ} $ 的速度逆时针旋转,并与 $ PQ $ 同时停止,请直接写出当射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”时 $ t $ 的值.
答案
(1)是
(2) $ \frac{1}{2} α $ 或 $ \frac{1}{3} α $ 或 $ \frac{2}{3} α $
(3)解:根据题意,得
① $ 10 t = 60 + \frac{1}{2} × 60 $,解得 $ t = 9 $;
② $ 10 t = 2 × 60 $,解得 $ t = 12 $;
③ $ 10 t = 60 + 2 × 60 $,解得 $ t = 18 $.
故当 $ t $ 的值为 9 或 12 或 18 时,射线 $ PM $ 是 $ ∠ QPN $ 的“巧分线”.
(4)解:根据题意,得
① $ 10 t = \frac{1}{3} (5 t + 60) $,解得 $ t = 2.4 $;
② $ 10 t = \frac{1}{2} (5 t + 60) $,解得 $ t = 4 $;
③ $ 10 t = \frac{2}{3} (5 t + 60) $,解得 $ t = 6 $.
故当 $ t $ 的值为 2.4 或 4 或 6 时,射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”.
(2) $ \frac{1}{2} α $ 或 $ \frac{1}{3} α $ 或 $ \frac{2}{3} α $
(3)解:根据题意,得
① $ 10 t = 60 + \frac{1}{2} × 60 $,解得 $ t = 9 $;
② $ 10 t = 2 × 60 $,解得 $ t = 12 $;
③ $ 10 t = 60 + 2 × 60 $,解得 $ t = 18 $.
故当 $ t $ 的值为 9 或 12 或 18 时,射线 $ PM $ 是 $ ∠ QPN $ 的“巧分线”.
(4)解:根据题意,得
① $ 10 t = \frac{1}{3} (5 t + 60) $,解得 $ t = 2.4 $;
② $ 10 t = \frac{1}{2} (5 t + 60) $,解得 $ t = 4 $;
③ $ 10 t = \frac{2}{3} (5 t + 60) $,解得 $ t = 6 $.
故当 $ t $ 的值为 2.4 或 4 或 6 时,射线 $ PQ $ 是 $ ∠ MPN $ 的“巧分线”.
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