合成軌跡

合成軌跡

合成軌跡(compound locus)是軌跡的一種類型,若軌跡是由兩個或兩個以上的圖形組成,則稱為合成軌跡,若軌跡由一個圖形構成,則稱為單一軌跡。例如,“與相交兩定直線等距的點的軌跡,是兩條互相垂直的直線,它們平分兩定直線的各交角”就是合成軌跡。“和兩定點距離相等的點的軌跡是連結兩定點線段的垂直平分線”是單一軌跡 。

基本介紹

軌跡問題

有一類軌跡命題只給了條件,而不指明合於此條件的點的軌跡是一個什麼樣的圖形,更不指明軌跡圖形的位置及大小。這類軌跡命題叫求軌跡問題,其表述形式是:“求合於某某條件的點的軌跡’’。

有的求軌跡問題看條件便可斷定軌跡圖形怎樣、位置如何和圖形的大小,但是更多的求軌跡問題則是要經過一番有步驟,有方法的辨識才能獲知軌跡圖形。解這類軌跡命題必須分為兩步。首先辨識清楚軌跡圖形;然後進行兩面證明,很明顯,如果不把軌跡圖形辨識游楚,那么根本就無法進行證明。

合成軌跡和單一軌跡

為此,必須在思想上明確軌跡圖形的概況,以免在辨識中漫無邊際——甚至超出初等幾何範疇。

初等幾何學的平面部分所涉及的幾何圖形不外乎直線類,圓類和直線與圓的結合類(弓形扇形)。因此,平面幾何所涉及的軌跡不外乎如下情況:

單一軌跡:(1)直線類——直線,射線,線段;(2)圓類——圓,弧。

合成軌跡:由兩個或多個單一軌跡合成的軌跡。

所謂合成軌跡,是指由兩個或兩個以上的單一軌跡(點、線、弧形)所合成的軌跡。在求合成軌跡時,要根據題意把平面劃分成幾個區域,在這幾個區域中分別求出符合題意的單一軌跡,然後再合併為所求的合成軌跡。

合成軌跡和單一軌跡是軌跡的一種劃分,由兩個或兩個以上圖形合成的軌跡,叫做合成軌跡;否則叫做單一軌跡。如基本軌跡命題1,2,3,4都是單一命題,基本軌跡命題5,6及基本軌跡命題2的推論都是合成軌跡(參見下文“基本軌跡命題”)。合成軌跡和單一軌跡不是絕對的,往往要看對什麼圖形來說,如某軌跡是一個矩形,若對矩形來說,便是單一軌跡;若對線節(線段包括兩端點)來說,便是合成軌跡。

基本軌跡命題

基本軌跡命題1和一個已知點的距離等於已知長的點的軌跡,是以已知點為圓心,已知長為半徑的圓,如圖1,⊙O是和定點O的距離等於定長r的點的軌跡。

基本軌跡命題2和兩個已知點距離相等的點的軌跡,是連結這兩點的線段的垂直平分線。如圖2,直線l是和已知點A,B距離相等的點的軌跡。

基本軌跡命題3在一個已知角內和角的兩邊距離相等的點的軌跡,是這個角的平分線.如圖3,射線OC是∠AOB內和兩邊OA,OB距離相等的點的軌跡。

推論和兩條相交的已知直線距離相等的點的軌跡,是這兩條直線所成兩組對頂角的平分線。如圖4,l,l是和兩相交直線AB,CD距離相等的點的軌跡。

圖1 圖1
圖2 圖2
圖3 圖3
圖4 圖4
圖5 圖5
圖6 圖6

基本軌跡命題4和兩條平行線距離相等的點的軌跡,是和這兩條平行線距離相等的一條平行線,如圖5,直線l是和兩平行線AB,CD距離相等的點的軌跡。

基本軌跡命題5和已知直線的距離等於定長的點的軌跡,是平行於這條直線並且和這條直線的距離等於定長的兩條直線,如圖6,直線l,l是和直線AB距離等於定長k的點的軌跡。

基本軌跡命題6和已知線段的兩個端點的連線的夾角等於已知角的點的軌跡,是以已知線段為弦,所含圓周角等於已知角的兩段弧(端點除外).,如圖7,弧和是和線段AB的兩個端點的連線的夾角等於已知角a的點的軌跡。

圖7 圖7

舉例分析

【例1】以給定圓的心A為頂點任作等腰三角形ABC,自B和C各作該圓的切線,求諸切線交點的軌跡。

自B和C各作切線BM和BN,CK和CL,兩兩相交於E,F, I,J。

1° 交點E和F的軌跡,容易知道它是底邊BC的垂直平分線EAF。

圖8 圖8

2° 交點I和J的軌跡,即為三角形ABC的外接圓,因為連AM,AL,則AMB與ALC是兩個全等的直角三角形,於是

∠ABM=∠ACL

因比 ∠CAB=∠CIB

即I在△ABC的外接圓周上。同理,J也在△ABC的外接圓周上,所以I,J的軌跡是ABC三角形的外接圓周。

為此,所求的軌跡就是EAF直線和BAC圓周 。

【例2】求到線段AB上點的最短距離為定值d的動點P的軌跡。

圖9 圖9
合成軌跡 合成軌跡

如圖,過A、B作AB的垂線分別為。

合成軌跡 合成軌跡
合成軌跡 合成軌跡

(1)若動點P在之間(含)的區域,作PQ⊥AB於Q,則

PQ= P到AB的最短距離=d,

合成軌跡 合成軌跡
合成軌跡 合成軌跡

所以,動點P的軌跡是在之間(含)的區域中兩條與AB距離為d的平行線段。

合成軌跡 合成軌跡

(2)若動點P在的左側區域,則PA= P到AB的最短距離= d,

合成軌跡 合成軌跡

所以,動點P的軌跡是以A為圓心,d為半徑,位於左側的半圓。

合成軌跡 合成軌跡

(3)同理,動點P在右側的軌跡是以B為圓心,d為半徑的半圓。

綜上所述,動點P的軌跡是由(1)、(2)、(3)給出的兩條平行線段及兩個半圓所組成 。

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