所謂「軌跡」是英文 locus(複數 loci)的譯名。 它是一個老派 (old fashioned) 的說法, 數學課程已經不用這個字,現代的英文書也很少見到它。
Locus 的意思幾乎就等於是「方程式圖形」, 也就是符合某種條件或規則的點集合 (a set of points) 所形成的曲線或曲面。 如果在坐標平面上討論符合某個等式的 locus,則 locus 就是「方程式圖形」的同義詞。 但 locus 發生在還沒發明直角坐標的古代,所以它不限於坐標平面。 例如「圓」是「一中同長」的點集合:
A circle is the locus of all the points which are equidistant from the center.可見 locus 並不需要坐標。
把 locus 說成「軌跡」是因為可以想像它是一個點的運動路徑 (the path traced out by a moving point), 但 locus 或 path 都是靜態的整體 (an entity), 並沒有運動的觀念,所以 locus 並不是動態地追蹤一個動點 (tracking a moving point) 的概念。
圓錐曲線 (conic sections:直譯應該是圓錐截痕)都是 locus:
Conic sections are loci.意思是說,圓錐曲線都是符合某種條件的點集合。 例如 parabola 是平面上與一定點和一條直線等距的所有點形成的 locus:
A parabola is the locus of points equidistant from a fixed point and a line.前面說的那個定點稱為這個 locus 的 focus,那條直線稱為準線 (directrix)。 注意 parabola 和 focus 都是古希臘創造 loci 時使用的名詞, 它們後來才被發現有光學、運動學上的應用, 而它們是在有了那些應用之後才傳入中國的, 當時就按照它們在應用上的性質來翻譯, 把 parabola 翻譯成拋物線,focus 翻譯成焦點。 實際上 parabola、focus 和準線一樣,純粹是幾何名詞。
當希臘文獻強調某個圖形是 locus 的時候,言下之意是它不能用古典的尺規作圖 (straightedge and compass construction) 畫出來。 所以,雖然圓、線段的垂直平分線、角平分線都是符合某種規則的點集合, 但通常並不稱它們為 loci(因為它們都可以尺規作圖)。
三大類的圓錐曲線:hyperbola, parabola, ellipse, 是根據某個量相對於一個參考點的超過(盈)、恰好、不足(虧)而命名的; 它們都有作圖法,但是都不符合尺規作圖的規範。
[語音講解:locus.mp3] |