趣題 三角形兩頂點在直線上滑動時第三點的軌跡

2021-05-21 22:17:00 字數 1034 閱讀 9573

如圖,兩條直線相交於點 o 。 △abc 的頂點 a 在其中一條直線上,頂點 b 在另一條直線上。如果保持 △abc 的各邊邊長不變,讓點 a 和點 b 在所在直線上滑動,那麼點 c 描繪出來的軌跡是乙個什麼樣的圖形?

答案:是乙個橢圓。

為了證明這一點,我們過 o 、 a 、 b 三點做乙個圓,並把圓心記作 m 。過 m 、 c 兩點作一條直線,直線與圓相交於 p 、 q 兩點。注意到由於 pq 是圓的直徑,因此 ∠poq 始終為直角。在 △abc 移動的過程中,圓的直徑 ab/sin(∠aob) 將會始終保持不變。既然圓的直徑總是相同的,因此我們可以把這個圓重新描述為過 a 、 b 兩點的乙個指定直徑的圓,這樣的話整個圓以及 p 、 q 的位置就唯一地由 △abc 決定了。這樣,弧 ap 和弧 aq 的位置雖然不斷在變,但它的弧度總保持不變,因此其圓周角也不會變化,即 ∠aop 和 ∠aoq 總是定值。既然 a 的軌跡是一條直線,那麼 p 、 q 的軌跡也就分別是一條直線。而 ∠poq 始終是 90° ,因此 p 、 q 的軌跡實際上是過 o 點的兩條垂直線。

以這兩條垂直線作為座標系,我們便可以以乙個全新的角度來描述 c 的軌跡了。我們可以把定長線段 pq 看作是在這個座標系上滑動,而點 c 的軌跡則是 pq 上的一定點移動的軌跡。設 c 到 p 的距離為 a , c 到 q 的距離為 b ,由於 sin(∠opq) 和 sin(∠oqp) 的平方和總為 1 ,因此顯然 c 點的座標 (x,y) 總滿足 x^2/a^2 + y^2/b^2 = 1 。因此,點 c 的軌跡就是以 op 、 oq 為軸的橢圓了。

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