不妨分类讨论,这个肯定足够基础.
假设楼主及朋友可以理解:
a.对于给定的圆和圆上给定的弦,弦一侧的圆弧上的所有点对弦的张角(即圆周角)相等;
b.三角形的任一外角大于其内对角(即任一其余内角).
注意:a并不能直接蕴含“所有对定线段(弦)张角相等的点都在圆弧上”.
现在,给定线段AB,在线段AB的一侧任取一点P,已知P对AB的张角∠APB为定值,求P点的轨迹,步骤如下:
要找点P的轨迹,只需要找到所有符合条件的点,其对线段AB的张角等于∠APB,这些点构成的集合即为所求轨迹.
①对于任意一个符合条件的点P(不妨取AP=BP的特殊情形),作△APB的外接圆,记为圆O;
②在圆O与P点同侧的部分(即弧APB,不包含端点A、B)上取一点P₀,考察P₀对线段AB的张角:
由引理a,∠AP₀B=∠APB,从而弧APB(不包含端点A、B)包含于P的轨迹;
③在园O内、与P点同侧的部分(即弓形APB)上取一点P₁,考察P₁对线段AB的张角:
延长AP₁与圆O交于点P₁',连接BP₁',由引理2:∠AP₁'B<∠AP₁B,由引理1:∠AP₁'B=∠APB,故∠AP₁B<∠APB,从而弓形APB与P点轨迹交集为空集,即P点轨迹不穿过弓形APB;
③在园O外、与P点同侧的部分上取一点P₂,考察P₂对线段AB的张角:
由对称性,不妨设AP₂能够与弧APB交于点P₂',连接BP₂',由引理2:∠AP₂'B>∠AP₂B,由引理1:∠AP₂'B=∠APB,故∠AP₂B>∠APB,从而这一部分与P点轨迹交集为空集,即P点轨迹不穿过弧APB以外的部分.
综上所述,点P的轨迹即为弧APB本身(不包含端点A、B).
在线段AB的另一侧也有类似结论,因此,在全平面上,点P的轨迹应当是两段圆弧的并集(不包含A、B).