坐标系中的旋转:坐标规律
讲解
把旋转放进坐标系,它就有了「坐标算法」——不用画图,直接算。拖动下面的滑块,先把角度调到 90°,看看 P 和 P′ 的坐标之间有什么关系;再改 x、y,规律是不是还在?
为什么 (x, y) 转 90° 会变成 (−y, x)?直观地想:原来的横坐标 x 表示 P 离 y 轴多远,转了 90° 后,这个「远近」变成了新的纵坐标;而原来的纵坐标 y 方向反了过来,带着负号跑到横坐标上。像 (3, 2) 转完就是 (−2, 3)——数字没变,位置对调还翻了个符号。
- 逆时针 90°:(x, y) → (−y, x),横纵对调、新横变号
- 逆时针 180°:(x, y) → (−x, −y),两个都变号(中心对称)
- 逆时针 270°:(x, y) → (y, −x),等于顺时针 90°
- 转 90° 再转 180° = 转了 270°,规律可以叠加使用
考试里最常见的坑是方向:题目说「顺时针旋转 90°」,不少同学直接套 (−y, x) 就错了。正确做法是先换算——顺时针 90° 等于逆时针 270°,用 (y, −x)。把 270° 这条也记牢,两个方向就都不怕。
现实里能做什么
手机横屏的坐标变换
手机从竖屏转到横屏,屏幕上每个图标的坐标都要重新计算,用的就是 (x, y) → (−y, x) 这类旋转规律(加上一个平移)。你每次旋转手机,系统都在毫秒级完成一遍「坐标系旋转」的批量计算。
知识要点
- 逆时针 90°:(x, y) → (−y, x)
- 逆时针 180°:(x, y) → (−x, −y),即关于原点的中心对称
- 逆时针 270° = 顺时针 90°:(x, y) → (y, −x)
- 方向先想清楚再代规律,别背反
典型例题(点击展开题解)
例 1点 P(2, 3) 绕原点逆时针旋转 90° 得到 P′,P′ 再绕原点逆时…
点 P(2, 3) 绕原点逆时针旋转 90° 得到 P′,P′ 再绕原点逆时针旋转 180° 得到 P″。求 P″ 的坐标。
- 第一步:逆时针 90°,规律 (x, y) → (−y, x)。P(2, 3) → P′(−3, 2)
- 第二步:逆时针 180°,规律 (x, y) → (−x, −y)。P′(−3, 2) → P″(3, −2)
- 换个角度验证:90° + 180° = 270°,直接用逆时针 270° 的规律 (x, y) → (y, −x):P(2, 3) → (3, −2)。两次结果一致。P(2, 3) → P″(3, −2)
- 转 270° 也可以想成「转 360° 再退 90°」:终边和顺时针转 90° 相同。规律之间能互相推,不用全背。
P″(3, −2)。两次旋转可以合并成一次 270°,两条路互相验证。
例 2点 A(4, −1) 绕原点逆时针旋转 270° 后的坐标是多少?它再怎样旋…
点 A(4, −1) 绕原点逆时针旋转 270° 后的坐标是多少?它再怎样旋转可以回到原位?
- 逆时针 270° 用规律 (x, y) → (y, −x)。
- 代入:A(4, −1) → (−1, −4)。A(4, −1) → A′(−1, −4)
- 注意陷阱:题目虽是「逆时针 270°」,但效果等同「顺时针 90°」。如果你习惯用顺时针,就把 (y, −x) 当成顺时针 90° 的规律来记。
- 回原位:转 360°(一圈)回到原地;或者反向转 270°,即顺时针 270° = 逆时针 90°,把 (−1, −4) 用 (−y, x) 变回去 → (4, −1),验证无误。
旋转后为 A′(−1, −4);再逆时针转 90°(或顺时针转 270°、或转一圈)就回到原位。