GS01 用 GGB 探究科学班甄选试题:南一中101填充4
學用數學將推出新一系列 GS 課程 :用 Geogebra 來分析解題思路。
很多數學幾何題,要理解解析不難,困難的是該如何想到解題方法? 因數學解析都是依照邏輯推理步驟書寫,每一步有理有據,雖然嚴謹,但不容易看出其思考脈絡。

這次呈現的 GS 課程,就是希望通過以 Geogebra 進行探究的方式,來重建解題思路。
有人說考試不能用 Geogebra 那為何還要學這個呢?其實我一直聲明要學的不是 Geogebra 這類工具軟體,工具軟體 10 年後都會改變,要學的不是操作。而是通過這工具來鍛鍊大腦。Geogebra 就只是一個構建思維的腳手架(鷹架),這就像葉問練永春的木人樁,他只是 練習問題拆解的輔助工具。

當平時多經歷幾次這些操作後,在之後沒有電腦,也可在大腦想像運作這些操作。就像后翼棄兵中的女主,經過多次下棋後,就可以在大腦下盲棋。看著天花板就可以想像棋局的變化。

接下來,就用南一中科學班 101 填充 4 這道四邊形的一對角線分出兩組互餘、互補腳的問題來討論。
思路一:分析問題
這道題給了兩組補角、餘角還有等邊的條件,看似無法確定圖形,但卻要求角B的大小。若角 B 是個定角,那就可能位在一個以 AC 為一弦的圓上,那究竟是哪個圓呢?

思路二:利用同餘的條件來製作等腰直角三角形
要利用同餘的條件,可將 A 繞 C 轉個 90度,將餘角的關係就轉換為直角。

思路三:利用全等三角形來搬移角度
再利用 AB=CD 的等邊條件,就可得到 △ABC≌△CDE。於是將 ∠B 搬到 ∠CDE 、∠ACB 搬到 ∠BED 。

思路四:利用對角互補確定四點共圓
將 ∠ACB 搬到 ∠BED 後,原本 ∠ACB 與 ∠BCA 互補的關係,就轉為四邊形 ACED 內對角互補,於是可得 ACED 四點共圓。

思路五:利用對角互補確定四點共圓
利用同弧所對的角相等來轉換角度,可得 ∠B= ∠CDE=∠EAC。而 △EAC為一個等腰直角三角形,所以 ∠EAC為 45度。因此 ∠B = 45度。

製作步驟一 製作互餘的內錯角
先建立三角形 ADC ,接著將 A 繞 C 轉 90 到 E,取得 ∠ECD 為 ∠ACD 的餘角,接著再將C 繞 A 轉動 ∠ECD 。

製作步驟二 AB=CD
以 A 為圓心 CD 長為半徑畫圓交 AC' 於一點,將此點重新命名為 B 。

製作步驟三 構造全等三角形
作△ABC≌△CDE 並將對應的角標上相同顏色。

製作步驟四 對角互補,確定四點共圓
利用四邊形 ACDE 中 ,∠E 與 ∠A 對角互補,確定四點共圓。因此,先建一個過 A,C, E 三點的圓,接著讓 D 點位在圓上,就可得到所求的四邊形,此時也可得到 ∠B 是 45 度。

製作步驟五 用顯示條件讓物件漸次出現
建一個數值滑桿 hn 範圍從 0 到 7 用於切換不同物件的出現順序。在每個物件的 [設置] [進階] 選單中,可設置出現的條件,例如,ACED 的外接圓,在步驟 5 才出現。這時在其 [顯示物件的條件] 就設為 hn >= 5 。

製作步驟六 複合的顯示條件
若有些圖形,其出現的條件不是單一式子,就可搭配 && (且) 與 || (或) 來串聯多個關係。例如,三角形 ACB 只希望在 hn=3,4,5 才出現,其 [顯示物件的條件] 就可設為 hn >= 3 && hn <= 5 ,或者用 hn ==3 || hn==4 || hn==5 ,都可達到這個效果。

小結
這次最想要分享的就是通過 Geogebra 來探究分析一個幾何題的過程。在這問題探究時,採取先放寬部份條件(此例中的補角關係),接著再通過製作全等與點的移動進而得出四點共圓。
此節同時也演示了製作逐步演示過程的方法,通過 Geogebra 的滑動條,與條件顯示的邏輯判斷,就可做出一步步出現的效果。
最後還是鼓勵大家,可挑些考題來用 Geogebra 做些探究分析。在實際拆解問題的過程會遇到很多新問題,遇到問題需要思考時,才會獲得更多的啟發。
相關連結
【GGB】https://www.geogebra.org/classic/tjexzzc2
【Bili】https://www.bilibili.com/video/bv1Uo4y127A3
【youtube】https://www.youtube.com/playlist?list=PLXH05kw-i_5ImlLdioUO2w_z2Kcuprf2k