高中偶爾會出現、被視為boss級的「軌跡圖形」問題,一共分為兩大類 :
一) 從幾何推論,可以確認其圖形
要把握住這一大類的軌跡圖形問題,就要先掌握「各種圖形的特色 — 充要條件」
圓:圓周上任一點,和直徑兩端夾直角
---> 和A、B兩點夾直角的所有點,形成「以 線段AB 為直徑的圓」
- 過圓內某點的所有弦,其中點軌跡
2. 過已知點,對「已知圓心、變動半徑」的圓所作的切點軌跡
圓:和某點距離皆為 r 的點,形成一個圓
3. 對已知圓,能作出特定「切線長」的點軌跡
4. 對已知圓,所作兩切線能夾出特定角之點軌跡
5. 過一特定點,並切一已知直線的圓之圓心軌跡
6. 與一已知圓內切,並包含該圓內一特定點的圓之圓心軌跡
7. 與一已知圓外切,並包含該圓外一特定點的圓之圓心軌跡
8. 與兩內離圓同時相切的圓之圓心軌跡
9. 與兩外離圓同時相切的圓之圓心軌跡
10. 與兩直線同時相切的圓之圓心軌跡
二) 你從幾何無法證明,需要從式子推導
當你發現自己無法直接證明該軌跡圖形為何種 (不要亂猜),請依以下步驟:
0. 留意題目中,會有「兩種已知圖形 (包括 點、線、圓、二次函數圖形等)」,和所求的未知動點 -- 設其坐標為(s,t)。
1. 將未知動點的 s、t「以 已知圖形上的點(a,b) 表示」
2. 透過移項,改為將已知動點 a、b「以未知動點的 s、t 表示」
3. 將上一步的結果 (a,b) 代入它的已知圖形方程式…… 整理成以 s、t 為未知數的方程式,並觀察式子的特性。
沒看懂的話,透過以下的例子來示範吧:
11. 圓上任一點,和已知p點所連線段之中點M的軌跡
12. 與已知兩點「距離比為固定值」的所有點之軌跡 — 阿波羅圓
13. 木棍貼著牆面、地面下滑時,其中點軌跡
14. 木棍貼著牆面、地面下滑時,棍上某等分點之軌跡
這樣會了嗎? 換你來做做看吧……
第一題上面解了,以下是第二、三題的解答:
「軌跡圖形」的教學/學習,主要有幾個重點:
- 讓學生習慣「討論動點 — 知道「軌跡圖形」是什麼意思」
- 複習幾何證明、強化「某種圖形,會有怎樣的 特性 與 定義」
- 嚐試「推導反函數 — 反過來「用 s、t 表示 x、y」。 」
其實是很值得教啦 — 但是因為滿難的,所以許多學生第一次聽可能都來不及搞清楚「為什麼這題又不一樣?」
要等到複習的時候再聽一遍,可能會比較進入狀況。
尤其指考的題目,會比學測的更重計算一點;所以特別趕在指考前完成這篇,送給有需要的指考戰士們 — 祝你們奪分順利 ^^