我頭腦中的點線面

在小學的時候,我們學習的幾何和在初中時候,我們要學習的幾何是不一樣。因為最小學的時候我們學習的全都是一些物理測量的幾何。比方說點就是在紙上點一個點,桌面也可以叫做面,一根樹枝,一條鐵路就可以叫做一條線。而到了初中就大不相同了。

當然,首先還是說一說,我們在小學的時候了解了一些點線面之間的關系。

點動成線

點動成線是什么呢?實際上就是把一個零維的點通過某種圖形的運動變成一條一維的線。那么點動成線,具體是怎么樣一個過程呢?

想讓弄點動成線,需要用到的是平移這種圖形運動。當我們想讓某個東西平移的時候,需要確定的是:

1.被平移的物體

2.平移的方向

3.平移的距離

就三點缺一不可,就好比是平移這種運動的基本性質。那么我們如何用語言來描述讓一個點形成一條線段呢?

首先我們要確定一個點,將這個點向任意方向平移任意距離,(不能是無限)其運動軌跡就是一條線段。

這樣描述方法很明顯是沒有問題的,因為,當我們平移的時候,說準確了平移的物體,平移的方向和平移的距離,而且將一個點向任意方向平移任意距離后,其運動軌跡的確是一個長度有限的線段。

那么,如何將一個點經過拉伸運動變成一條直線呢?

首先我們要確定的是,直線是無限長的,其次是拉伸的基本性質。

1.被拉伸的物體

2.拉伸的系數

3.拉伸的方向

被拉伸的物體是一個點,拉伸系數是無限,拉伸方向是任意兩個相對的方向。整合一下就是:將一個點向任意兩個相對的方向拉伸無限遠長,其運動軌跡是一條直線。

那么我們如何使用平移運動來將一個點變成一條一維的射線呢?射線有一個奇點,另一邊可以無限延伸。用文字語言就是:將一個點向任意方向平移無限遠,其運動軌跡就是一條射線。

線動成面

先來說一些最簡單的,長方形,正方形或者圓形是如何根據線段的圖形運動而產生的呢?

長方形:將一條線段向與它垂直的方向,平移正義距離,其運動軌跡就是一個長方形。

正方形與長方形就大不相同,雖然正方形是長方形的一部分,可是正方形的四條邊是相同長的。所以他的文字語言描述就變成了:將一條線段向與它垂直的方向平移此線段的長度,其運動軌跡就是一個正方形。

當我們說要讓一條線段在經過圖形運動,變成一個圓形的時候,就不能再使用平移或者拉伸運動了。而是要采用新的運動方式:旋轉。旋轉的基本性質是:

1.旋轉方向(逆時針或者順時針)

2.旋轉中心

3.旋轉度數

4.被旋轉的物體

那么我們在用文字語言描述將一條線段旋轉變成一個圓形的時候,這四個特點都需要加進去:將一條線段向任意方向(順時針或逆時針都可以)以其中的一個基點為旋轉中心,旋轉360度,其運動軌跡是一個圓型。

那么,如果我們讓一個射線以它的奇點為旋轉中心,旋轉360度形成的是什么圖形呢?形成的實際上就是一個平面。而且是一個無限大的平面,因為射線的有一端是可以無限延伸的。

如果我們讓一個直線以它上面的任意一點為旋轉中心旋轉360度,形成的圖形是什么呢?仍然是一個平面。于射線在旋轉360度之后形成的圖形很像。

面動成體

還是說一些比較簡單的,比方說長方體和正方體,是如何通過一個面的圖形運動而產生的呢?

長方體:將一個長方形向與它垂直的方向平移,任意距離,其運動軌跡是一個長方體。

正方體在通過正方形形成的時候,仍然和長方體是有一定區別的,因為正方體的棱長都是一樣長的,所以就應該這么描述:將一個正方形向與它垂直的方向平移,它邊長的長度,其運動軌跡去一個正方體。如果我們不說延長它邊長的長度,而說延長任意長度,那么形成的圖形就是一個長方體。

再說完了,點動成線,線動成面,面動成體之后,我們要稍稍聯系一下,初中要學習的知識了。初中要學習的是歐式幾何,其其本性只是點,沒有大小,線沒有粗細,面沒有厚薄。那么這些點線面其實就是存在于我們思想之中的,而不是存在于現實世界中的,比方說我們在小學時學的一個點,也許就是在紙上畫一個點,那么這個點肯定是有大小的。在現實世界中的任意一個點都是有大小的,沒有大小的點,只存在于思考之中。

那么這里就出現一個小問題,也是一個小小的坑,我們可以通過一個問題,把這個坑表現出來:請問將一條線向與它垂直的方向平移acm,這個長方形中包括了幾條此線段?也許有人會說是無數條,可是線段是沒有粗細的呀,無數條線段,就好比是0*無限,其結果不還是零嗎?

這里其實就是有些人對于平移的理解誤差了。要知道平移可不是把很多線一個一個鋪,最終變成一個長方形,而是將一個線段平移,它的運動軌跡是一個長方形,最重要的是運動軌跡,而不是在形成的圖形中有幾個這樣的線段。

一個沒有大小的點,形成一個有長度的線,也是同理。

當然到了初中幾何中我們學習更多的會是一些推理證明的問題,比方說證明三角形全等的證明勾股定理啊之類的。這些證明和推理問題都是建立在歐式幾何上的,所以我們對于點線面的理解,就一定要從小學的理解變成歐式幾何中的沒有大小,沒有粗細,沒有厚薄的點線面,以便我們初中將要學習的推理證明。

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