七巧板几何变换:分割与拼合演示

七巧板几何变换:分割与拼合演示
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2021-03-10 10:10
本范例演示如何用七巧板的多个三角形与多边形通过旋转、平移式的几何构造进行分割与拼合,形成目标轮廓的动态几何关系。核心数学概念包括:几何构造(点、线、圆与多边形的建立)、三角形类型(直角三角形、钝/锐三角形划分与等分思想)、几何变换(旋转、对齐/正交辅助)、多边形拼接中的面积保持直觉,以及由构造点与交点决定形状边界的思路。作图要点:利用 Circle 生成圆相关参照并通过 Point、Line、Ray、Segment 构造关键几何元素;用 OrthogonalLine 构造正交辅助线以确定直角关系;借助 Intersect 得到交点从而精确确定分割边界;通过 Polygon 形成由多个三角形/多边形组成的七巧板块;再使用 Rotate 完成块的转动以实现拼合与重排。对象层面出现了大量由交点与旋转派生的分块顶点(如 a、B、C、D 等及其变换后的 a_1、b_3、c_1、d_1、e_1、f_1、g_1、h_1、i_1、j_1 等),体现“先构造—再变换—再拼接”的流程。适合中小学高年级到大学基础几何与数学建模入门,用于几何变换、几何作图、图形理解与动手操作教学。

GeoGebra 命令及参数

  1. Circle(A, a) → c
  2. Point(c) → B
  3. Line(A, B) → f
  4. OrthogonalLine(B, f) → g_{4}
  5. Circle(B, A) → d
  6. Intersect(d, g_{4}, 2) → C
  7. Polygon(A, B, C) → t1, c_1, a_1, b_{3}
  8. Circle(D, a) → e
  9. Point(e) → E
  10. Line(D, E) → h
  11. OrthogonalLine(E, h) → i
  12. Circle(E, D) → k
  13. Intersect(k, i, 2) → F
  14. Polygon(D, E, F) → t2, f_1, d_1, e_1
  15. Circle(G, a / 2) → p
  16. Point(p) → H
  17. Line(G, H) → j
  18. OrthogonalLine(H, j) → l
  19. Circle(H, G) → q
  20. Intersect(q, l, 2) → I
  21. OrthogonalLine(G, j) → m
  22. OrthogonalLine(I, m) → n
  23. Intersect(m, n) → J
  24. Polygon(G, H, I, J) → q1, g_1, h_1, i_1, j_1
  25. Circle(N, a / 2) → p_1
  26. Point(p_1) → O
  27. Line(N, O) → n_1
  28. OrthogonalLine(O, n_1) → q_1
  29. Circle(O, N) → r_1
  30. Intersect(r_1, q_1, 1) → P
  31. Polygon(O, N, P) → t4, p_2, o_1, n_2
  32. Circle(Q, (sqrt(2) / 2 * a)) → s_1
  33. Point(s_1) → R
  34. Line(Q, R) → t_1
  35. Rotate(R, ((-π)) / 4, Q) → R'
  36. Rotate(R, π / 4, Q) → R'_{1}
  37. Ray(Q, R') → b_1
  38. Circle(Q, a / 2) → d_2
  39. Intersect(d_2, b_1, 1) → S
  40. Line(S, t_1) → f_2
  41. Circle(S, (sqrt(2) / 2 * a)) → c_2
  42. Intersect(c_2, f_2, 2) → T
  43. Polygon(Q, S, T, R) → q2, q_2, s_2, t_2, r_2
  44. Ray(Q, R'_{1}) → g_2
  45. Intersect(d_2, g_2, 1) → U
  46. Line(U, t_1) → h_2
  47. Circle(U, (sqrt(2) / 2 * a)) → e_2
  48. Intersect(e_2, h_2, 2) → V
  49. Polygon(Q, R, V, U) → q3, q_3, r_3, v, u
  50. Point(Circle[W, a / 2]) → Z
  51. Segment(W, Z) → i_2
  52. Rotate(Z, ((-π)) / 2, W) → Z'
  53. Polygon(Z, W, Z') → t5, z', z_1, w
  54. Point(Circle[A_1, a]) → B_1
  55. Segment(A_1, B_1) → j_2
  56. Rotate(B_1, ((-π)) / 4, A_1) → C_1
  57. Rotate(A_1, π / 4, B_1) → D_1
  58. Ray(B_1, D_1) → m_2
  59. Ray(A_1, C_1) → a_2
  60. Intersect(m_2, a_2) → E_1
  61. Polygon(B_1, A_1, E_1) → t6, b_2, f_3, g_3
  62. If(o ≟ 1, (sqrt(2) / 32 * a), o ≟ 2, a / 32) → r_{4}

AI 绘图提示语参考

绘制一个由七巧板拼成的目标图形,包含多个直角三角形和正方形。首先,以给定点为圆心画圆,在圆上取点,连接圆心与该点作直线,再过该点作垂线,与另一圆相交得到直角三角形的第三个顶点,从而构造出第一个等腰直角三角形。重复类似步骤,构造第二个全等的直角三角形和一个小正方形。接着,构造一个较小的直角三角形,以及一个由旋转得到的平行四边形。最后,通过旋转和交点构造出两个较大的三角形,并将所有多边形组合成完整的七巧板形状。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。