单词 | 为什么放大镜不能把角放大 |
释义 | 为什么放大镜不能把角放大 老年人看书读报,阅读地图或者商品标签上的小字,鉴别收藏品如邮票、古玩、珠宝等,都可能需要用到放大镜。放大镜可以把物体放大几倍、几十倍,功能类似于放大镜的显微镜甚至可以把物体放大几千倍、上万倍等更大的倍数。不过大家可能会注意到,放大镜尽管能将任何东西放大,但是却不能把几何中的角“放大”:一条1厘米长的线段在2倍放大镜里看,变成2厘米长;但一个30°的角在2倍放大镜里看还是30°,不会变成60°。 在放大镜里看一个角和原来的角一样大小,似乎不是一个问题。但如果仔细想想为什么,其实蕴含着有趣的数学原理。放大镜有这样的特性:假设放大镜做得足够好,直线段在放大镜中看还是直线段,只是其长度等比例地放大了若干倍,这是放大镜的本质特性。给定一个角∠A,它由一个顶点A和两条边(射线)组成,在角的两条边上各取一点,分别记为B、C,用线段连接B、C,就得到一个△ABC。在放大镜中看,这个三角形变成了一个放大了的△A′B′C′(如图),相应地,∠A变成了∠A′。由于三角形的每条边放大的倍数是相同的(等于放大镜的倍数),△A′B′C′与△ABC的三边对应成比例,因此这两个三角形是相似三角形。而相似三角形对应角相等,因而就有∠A=∠A′。这就说明放大镜中看到的角和原来的角一定是相等的,放大镜不能放大角! 像放大镜这样把一个图形变成另一个图形(这里是放大了若干倍的图形)的过程在数学上称为变换。而放大镜所做的变换有其特殊性:它将直线变成直线,并且保持角度大小不变。这种将直线变成直线且保持角度大小不变的变换称为相似变换。相似变换把任何三角形变成它的相似三角形,通常可以通过平移、旋转、反射以及放大、缩小等过程所得到,是一个基本而重要的变换。 放大镜中的三角形,∠A=∠A@ 几种相似变换 在生活中我们可以看到很多相似变换,比如投影仪将胶片上的图像投影到屏幕上就是一种相似变换,屏幕上的图像和胶片上的图像只是大小不同;照片是照相机所拍真实画面的相似变换,镜子里看到的自己是你真实自己的相似变换,等。当然,这里我们要求投影仪安装完好,照相机也要足够好且不用广角镜头,镜子要绝对平整。如果投影仪装歪了,投影在屏幕上的影像就会变形,尽管直线还是直的,但角度不再保持不变;如果镜子是凹或凸的哈哈镜,则镜子中的影像是扭曲的,直线变成了曲线。这样就都不是相似变换了。直观上,没有变形的才是相似变换。相似变换保持直线和角度不变,直线和角度称为相似变换的不变量。在数学中还有很多其他重要的变换,它们也有各自的不变量,研究变换下的不变量是现代几何学的主要任务之一。(邱维元) 【微问题】什么情况下用弧度合适,什么情况下用角度合适? 【关键词】角度 弧度 相似变换 |
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