第二十三章 · 第三节
课题学习:图案设计
用变换创造美丽的图案

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 能分析图案是由哪种变换得到的
  • 能利用平移、轴对称、旋转设计简单图案
  • 综合运用三种变换进行图案创作
知识点一:三种基本图形变换
变换关键要素图案效果
平移方向 + 距离重复排列、条纹
轴对称对称轴镜像、左右对称
旋转中心 + 角度风车、花朵、雪花
知识点二:分析图案的变换过程
  • 找基本图形:图案中重复出现的最小单元,即"基本图形"。
  • 定变换类型:观察基本图形到整体图案是经过平移、轴对称还是旋转得到的。
  • 定变换要素:确定平移的方向距离、对称轴位置或旋转中心与角度。
知识点三:用变换设计图案
🎨 设计步骤
① 设计一个基本图形(简洁、有特点);② 选择合适的变换(平移/轴对称/旋转或组合);③ 确定变换要素(方向距离/对称轴/旋转中心与角度);④ 反复应用变换,形成有规律的图案
💡 常见图案的变换分析
风车:一个叶片绕中心旋转 90°(4 次)得到; 雪花:一个分支绕中心旋转 60°(6 次)得到; 花朵:一片花瓣绕中心旋转一定角度得到; 地砖:基本单元平移 + 旋转组合得到。

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📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1 分析图案的变换过程
一个由 4 个相同叶片组成的风车图案,它的基本图形是什么?经过了怎样的变换?
图案:4 个叶片绕中心均匀分布
🔍 解题过程
1 找基本图形:图案中重复出现的是一个叶片,这就是基本图形。
2 定变换类型:4 个叶片绕中心均匀分布,每相邻两叶片夹角 360°÷4 = 90°,属于旋转变换
3 定要素:旋转中心为图案中心,旋转角为 90°,将一个叶片旋转 3 次(90°、180°、270°)即得风车图案。
✅ 基本图形是一个叶片;绕中心旋转 90°,重复 3 次得到
例题 2 用旋转设计一个风车图案
请描述如何用一个直角三角形作为基本图形,设计一个 4 叶风车图案。
基本图形:一个直角三角形 目标:4 叶风车
🔍 解题过程
1 确定基本图形:取一个直角三角形,将它的一个顶点(直角顶点)作为旋转中心 O。
2 旋转作图:将该三角形绕 O 依次旋转 90°、180°、270°,得到另外三个三角形。
3 形成图案:4 个三角形围成风车状图案。若选不同颜色,效果更丰富。这就是用旋转设计风车的原理。
✅ 以直角顶点为中心,依次旋转 90°、180°、270° 得到 4 叶风车
例题 3 用轴对称和旋转组合设计花瓣图案
如何综合运用轴对称和旋转,设计一个 6 瓣花朵图案?
目标:6 瓣花朵 变换:轴对称 + 旋转
🔍 解题过程
1 先做轴对称:先画出半片花瓣(半个椭圆),以过中心的直线为对称轴作轴对称,得到一片完整花瓣。
2 再做旋转:以花心为旋转中心,将这片花瓣依次旋转 60°(360°÷6 = 60°),共旋转 5 次。
3 完成图案:6 牔花瓣均匀分布,组成一朵对称美丽的花朵。这就是轴对称 + 旋转的组合变换设计。
✅ 半片花瓣轴对称成整片 → 绕花心旋转 60° 重复 5 次 → 6 瓣花朵

🚀 拓展提升

🧩 镶嵌与密铺

用形状相同、大小一样的平面图形既不重叠又无缝隙地铺满平面,叫做镶嵌(密铺)。常见的密铺图形有正三角形、正方形、正六边形等。

围绕一点能密铺的条件:拼接点处各内角之和等于 360°。例如正六边形每个内角 120°,3 个正好 360°,可密铺;正五边形内角 108°,不能整除 360°,故不能单独密铺。

密铺条件:拼接点内角和 = 360°

🌀 分形图形简介

分形是一种具有"自相似"特性的图形——局部与整体形状相似。许多分形图案正是通过不断重复某种变换(缩放、旋转)生成的,如科赫雪花、谢尔宾斯基三角形等。分形展示了数学与艺术的完美结合。

🎨 变换在艺术中的应用

平移、轴对称、旋转是图案设计的三大法宝。生活中的窗花、地毯、墙纸、商标、建筑装饰等都大量运用了这些变换。著名版画家埃舍尔(M.C. Escher)的作品就是用数学变换创作艺术图案的经典代表,他巧妙地运用旋转与平移创作出令人惊叹的镶嵌艺术。

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题 ★☆☆ 基础
一个由 6 片相同花瓣组成的花朵图案,最可能由基本图形经过哪种变换得到?
A平移
B旋转
C轴对称
D相似(缩放)
第 2 题 ★☆☆ 基础
用一片花瓣绕中心旋转设计一朵 8 瓣花,每次旋转的角度是?
A30°
B60°
C45°
D90°
第 3 题 ★★☆ 巩固
一个 4 叶风车图案的基本图形是 1 个叶片,它绕中心旋转一共得到了 4 个叶片,则旋转角为 ______ 度。
第 4 题 ★★☆ 巩固
下列图案中,主要运用"轴对称"变换设计的是?
A左右对称的蝴蝶图案
B4 叶风车图案
C横向重复的条纹
D6 瓣花朵图案
第 5 题 ★★☆ 巩固
正六边形能单独密铺平面,是因为它的每个内角为 ______ 度,能整除 360°。

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
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课程完成!

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📌 本节核心要点回顾:
① 三种变换:平移(方向距离)、轴对称(对称轴)、旋转(中心角度)
② 分析图案:找基本图形 → 定变换类型 → 定变换要素
③ 设计图案:设计基本图形 → 选择变换 → 反复应用
④ 常见图案:风车(旋转90°)、花朵(旋转60°)、雪花(旋转60°)
⑤ 密铺条件:拼接点内角和 = 360°

✏️ 做练习题