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附加数学 · 可用多种解法的几何题

用坐标写完整的几何论证

图看起来没错,但题目要你证明,而不是看图。

坐标几何的证明有三个部分:先写要证明什么,再用坐标算出来,最后写一句结论。图形可以帮你想思路,但不算证明的一部分。

这一课属于不止一种解法的几何问题,工具来自斜率、中点与长度的综合运用。

为什么不能相信图形?

出题的人画图只是为了显示大概的布局,不是给你量的。看起来相等的两条边可能不等,看起来是 90° 的角也可能不是。

所以论证要靠坐标。写出“AB² = …”和“BC² = …”,比较的是数字,不是印象。

例题一:等腰直角三角形

点是 A(1, 0)、B(4, 3)、C(1, 6)。证明三角形 ABC 是等腰直角三角形。

目标。 两条边相等,并且在 B 处成直角。

计算。 AB² = (4 − 1)² + (3 − 0)² = 9 + 9 = 18。BC² = (1 − 4)² + (6 − 3)² = 9 + 9 = 18。AC² = (1 − 1)² + (6 − 0)² = 36。

结论。 AB = BC,所以三角形是等腰的。另外 AB² + BC² = 18 + 18 = 36 = AC²,由勾股定理的逆定理,B 处的角是 90°。

例题二:三点共线

证明 P(−3, 4)、Q(0, 2)、R(6, −2) 在同一条直线上。

PQ 的斜率 = (2 − 4) ÷ (0 + 3) = −2/3。QR 的斜率 = (−2 − 2) ÷ (6 − 0) = −4/6 = −2/3。

两个斜率相等,而且两条线段都包含 Q,所以 P、Q、R 共线。

例题三:平行四边形

点是 A(1, 0)、B(7, 1)、C(9, 5)、D(3, 4)。证明 ABCD 是平行四边形。

AC 的中点是 (5, 2.5)。BD 的中点是 ((7 + 3) ÷ 2, (1 + 4) ÷ 2) = (5, 2.5)。

两条对角线有相同的中点,所以互相平分,而对角线互相平分的四边形是平行四边形。

会丢分的错误

下面这张表,对照了只靠图形的说法和完整的答案。

较弱的答案 完整的答案
“从图上看,AB 好像等于 BC。” “AB² = 18,BC² = 18,所以 AB = BC。”
“斜率相同。” “PQ 的斜率 = −2/3,QR 的斜率 = −2/3,Q 是公共点,所以 P、Q、R 共线。”
只有计算,没有最后一句。 最后一句话写出所证明的性质。

自我检查

点是 P(1, 1)、Q(5, 3)、R(3, 7)。证明角 PQR 是直角,并求三角形 PQR 的面积。

答案

PQ 的斜率 = (3 − 1) ÷ (5 − 1) = 2/4 = 1/2。QR 的斜率 = (7 − 3) ÷ (3 − 5) = 4 ÷ (−2) = −2。

乘积是 (1/2)(−2) = −1,所以 PQ 垂直于 QR,角 PQR = 90°。

PQ = √(16 + 4) = √20,QR = √(4 + 16) = √20。面积 = 1/2 × √20 × √20 = 1/2 × 20 = 10 平方单位。

接下来学什么

在综合几何练习题里练习选对工具,或者看看怎样在直线与曲线相切时求参数。

想要老师一对一读你写的论证,指出哪里丢分,可以看线上一对一附加数学补习。论点与证据修订台 (英文)也能帮你检查论证写得完不完整。

常见问题

为什么不能直接在图上量?

坐标几何题的图形多半不按比例绘制,从图上读出的长度或角度不能当作证明。评分看的是用坐标进行的计算,因为坐标是精确的。

证明题的答案要写几行?

要写三样:要证明什么、每一个计算,以及一句把结果和结论连起来的话。行数不必多,但漏写最后一句是最常见的失分点。

用哪种方法证明三点共线?

证明两个斜率相等,而且两条线段有一个公共点。也可以证明这三点围成的三角形面积是零。两种都可以,但要写明你用的是哪一种。

可以用计算器检查长度吗?

可以,用来检查。答案里要写出运算过程,例如平方后的长度,让阅卷的人看得到你的方法。只写一个小数而没有过程,可能拿不到方法分。

如果你会算,却总在论证的写法上丢分,一对一的老师可以读你写的论证,指出是哪一句话让你少拿了分。

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