
題目求解時,首先排除了三點共線的特殊情況,然後討論較普遍的任意三點不共線的情況。採用反證法,假設有該四個銳角三角形,先畫出銳角△ABC,再依據D點位於三角形內外兩種情況分別推導,各自找到矛盾,由此證得原命題成立。
涉及的數學知識均屬初中幾何範疇,運用了同頂角、三角形內角和與多邊形內角和等基本原理,門檻看似不高。但問題本身談的是平面上四點的情景,非常普遍,一方面,課內極少出現這麼普遍的情景,令人感到陌生;另一方面,憑空想像當中的推理,初看好像也難以入手。
在這些情景普遍的問題裏,難的是進行有效的分類,討論起來類別少的同時又能各自推導出結論。若順應題目要求直接探討「不存在」,顯得較為抽象;而運用反證法,探討「如果四個銳角三角形都存在」,條件便具體得多。
除較特殊的共線情況外,在假設條件下,只要畫出其中一個銳角三角形,第四點的出現就必然會導致矛盾,否則原命題就無法成立。知道加入第四點後必然隱藏了一個矛盾,那餘下就是要找出矛盾出現在什麼資料上。
由於條件是銳角三角形,而相關的資訊是三角形各內角小於90○,於是在假設條件下,便會着眼於觀察各角度及其和差關係。看到這裏,題解裏的證明過程就顯得自然了:在普遍的情況下,先滿足部分假設條件,畫出其中一個三角形,然後加入第四點,再留意角度變化,便推導出矛盾。
有時見其論證顯得頗為巧妙,分類方式亦獨特,令人驚嘆其構思之精妙。然而,如何產生這套思路,單看證明本身較難理解。競賽題裏較難的題目,可能要花一兩小時去做,探索過程若果寫出來,篇幅可能數倍於最終的精簡證明。為求表達簡潔,最後寫出來的很多時會精簡到難以看出思路。
競賽題尚且如此,閱讀數學書籍、接觸較近代的數學理論時更是如此。許多結果或定理,往往是數學家思索多年才組織出來的結果,思考過程則更難以理解,甚至初始問題的核心意涵,在初看時也未必能領會,這也是讀數學書時的難點之一。
● 張志基
簡介:奧校於1995年成立,為香港首間提供奧數培訓之註冊慈善機構(編號:91/4924),每年均舉辦「香港小學數學奧林匹克比賽」,旨在發掘在數學方面有潛質的學生。學員有機會選拔成為香港代表隊,獲免費培訓並參加海內外重要大賽。詳情可瀏覽:www.hkmos.org。
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