解析**第一步:计算 $\triangle ABC$ 的三边长**
设网格中小正方形的边长为 $1$。根据勾股定理,计算 $\triangle ABC$ 各边的长度:
1. $AB = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}$
2. $BC = 2$ (直接数格子,水平距离为2)
3. $AC = \sqrt{3^2 + 1^2} = \sqrt{10}$
由此可知,$\triangle ABC$ 的三边之比为 $AB:BC:AC = \sqrt{2}:2:\sqrt{10} = 1:\sqrt{2}:\sqrt{5}$。
**第二步:确定相似比与新三角形的边长**
题目要求画出的 $\triangle A_1 B_1 C_1$ 与 $\triangle ABC$ 相似,且相似比不为 $1$。
考虑到格点作图的限制,我们尝试将相似比设为 $k=\sqrt{2}$(即面积扩大2倍,边长扩大 $\sqrt{2}$ 倍)。
此时新三角形 $\triangle A_1 B_1 C_1$ 的三边长应为:
1. $A_1 B_1 = AB \times \sqrt{2} = \sqrt{2} \times \sqrt{2} = 2$
2. $B_1 C_1 = BC \times \sqrt{2} = 2 \times \sqrt{2} = 2\sqrt{2}$
3. $A_1 C_1 = AC \times \sqrt{2} = \sqrt{10} \times \sqrt{2} = \sqrt{20} = 2\sqrt{5}$
**第三步:在网格中构造顶点**
我们需要在 $4 \times 4$ 的网格中找到三个格点,使其两两之间的距离分别为 $2$、$2\sqrt{2}$ 和 $2\sqrt{5}$。
1. **确定 $A_1 B_1$**:长度为 $2$ 的线段可以是水平的或垂直的。不妨设 $A_1(1, 1)$,$B_1(3, 1)$,则 $A_1 B_1 = 2$。
2. **确定 $C_1$**:
* $C_1$ 到 $B_1(3, 1)$ 的距离需为 $2\sqrt{2} = \sqrt{8}$。在格点中,$\sqrt{2^2+2^2}=\sqrt{8}$,故 $C_1$ 相对于 $B_1$ 的坐标偏移量应为 $(\pm 2, \pm 2)$。
* $C_1$ 到 $A_1(1, 1)$ 的距离需为 $2\sqrt{5} = \sqrt{20}$。在格点中,$\sqrt{2^2+4^2}=\sqrt{20}$,故 $C_1$ 相对于 $A_1$ 的坐标偏移量应为 $(\pm 2, \pm 4)$ 或 $(\pm 4, \pm 2)$。
综合上述条件,若取 $C_1$ 的横坐标为 $1$(与 $A_1$ 相同,偏移量为0或4? 不对,$A_1$是$(1,1)$,若$C_1$是$(1,5)$超出网格;若$C_1$是$(1,-3)$超出网格)。
让我们重新调整位置以适应 $4 \times 4$ 网格(坐标范围 $0 \le x, y \le 4$):
* 设 $B_1(2, 0)$,$A_1(0, 0)$,则 $A_1 B_1 = 2$。
* 寻找 $C_1(x, y)$:
* $C_1 B_1^2 = (x-2)^2 + y^2 = 8$
* $C_1 A_1^2 = x^2 + y^2 = 20$
* 联立解方程:
由第二式得 $y^2 = 20 - x^2$,代入第一式:
$(x-2)^2 + 20 - x^2 = 8$
$x^2 - 4x + 4 + 20 - x^2 = 8$
$-4x + 24 = 8 \implies 4x = 16 \implies x = 4$
$y^2 = 20 - 4^2 = 4 \implies y = 2$ (取正值,因为在网格内)
* 所以点 $C_1$ 的坐标为 $(4, 2)$。
验证点是否在网格内:
$A_1(0, 0)$,$B_1(2, 0)$,$C_1(4, 2)$ 均在 $4 \times 4$ 网格的格点上。
**结论:**
连接格点 $(0,0)$、$(2,0)$、$(4,2)$ 构成的三角形即为所求的 $\triangle A_1 B_1 C_1$。(注:答案不唯一,只要满足三边比例为 $1:\sqrt{2}:\sqrt{5}$ 且顶点在格点上即可,例如也可选取边长为 $\sqrt{2}, 2, \sqrt{10}$ 的三角形旋转或平移后的位置,但需保证相似比不为1,本题构造的是放大 $\sqrt{2}$ 倍的情形)。