解析(座標)幾何
座標證明(coordinate proof)
座標證明不以綜合幾何那種古典的尺規與演繹推理來證明幾何定理,而是把圖形放上笛卡兒平面,以座標為其頂點命名,再硬算代數。這是笛卡兒之橋的實際回報:一個關於形狀的命題化為一項計算,而原本巧妙的作圖化為例行公事。
技巧幾乎全在布置:巧妙地擺放圖形,使代數保持輕省。把一個頂點放在原點,讓一邊沿 x 軸,並善用對稱,使盡可能多的座標為 0 或共用字母。然後把命題譯成計算——等長用距離公式、平行或垂直用斜率、中點用中點公式——並驗證方程式確實成立。關鍵在於:要證明一般定理,必須用一般座標(如 a、b、c 這類字母),而非特定數字:對頂點 (0,0)、(4,0)、(2,3) 的三角形驗證,只證了那一個情形,而 (0,0)、(2a,0)、(2b,2c) 則代表那種形狀的每一個三角形。
在綜合證明需要靈光一閃之處,座標證明卻奇妙地機械——三角形的中位線平行於底邊且為其一半的定理,幾行便落地。但誠實要求兩個提醒。其一,擺放圖形時不可暗中假設你打算證明的事(除非已給定,否則別靠選軸硬生出一個直角)。其二,座標方法把度量與接合的事實證得漂亮,卻可能遮蔽結果為何為真;綜合觀點與座標觀點是夥伴,各自照亮對方留在暗處的部分。
證明矩形的兩對角線相等。把它擺為 O(0,0)、A(a,0)、B(a,b)、C(0,b)。一條對角線是 OB,長 sqrt(a^2 + b^2);另一條是 AC,長 sqrt((0 - a)^2 + (b - 0)^2) = sqrt(a^2 + b^2)。對所有 a、b 兩長相同——兩對角線相等,三行證畢。
用字母 a、b 的巧妙擺放,一次便對每個矩形證明了定理。
要用一般座標(字母)而非特定數字,否則你只證了一個例子而非定理。並且擺放圖形時,別讓選軸的方式悄悄假設了你正要建立的那項性質。
又稱
另見