報載[1]:「大考中心審題老師說,相較數乙,數甲則是『平易近人』,近3年來最簡單,沒有複雜繁瑣的計算,只要題目讀過去,頭腦清楚就可以作答,預估五標都可能上升。」下面抄錄今年大學指考數學甲的一則線性代數問題 (2015 年大學指考數甲試題與解答)。
問題:考慮坐標平面上的直線 。若
為實數且二階方陣
所代表的線性變換可以將
上的點變換到一條斜率為
的直線,則
的值為下列哪一個選項?
(1) 6
(2) 8
(3) 10
(4) 12
(5) 14
解答:兩點決定一線。按照問題的陳述,找出直線 上的兩個相異點,計算經線性變換後的坐標,設穿越該兩點的直線的斜率為
,即可解出未知數
。比較敏銳的學生應當發覺既然我們可以隨意選擇直線
上的任兩相異點,就表示
的指向向量
經變換後平行於斜率為
的直線的指向向量
,即有
,
解出 與
,正確選項為 (5)。
具創意與想像力的學生可能採取這個跳躍解法:直線 的法向量
經變換後平行於斜率為
的直線的法向量,即
,也就有
,
解出 與
。奇怪,怎麼會有不同的
值?計算並沒有錯,問題出在我們誤以為直線指向 (斜率) 的變換可以用法向量的變換替換。事實上,直線
的法向量經變換後的結果為
。
這個現象的根本原因在於線性變換不總具有保角性──兩向量的夾角不因線性變換而改變。考試時,創意還是要服膺基本的數學規律。
設想,如果今年入闈出題的老師不是那麼「平易近人」,我們看到的考題可能如下:
問題:考慮坐標平面上的直線 。若
為實數且二階方陣
所代表的線性變換可以將
上的點變換到一條法向量為
的直線,則
的值為下列哪一個選項?
(1) 6
(2) 8
(3) 10
(4) -35/6
(5) 14
我估計很多人都會猜 是那個外表長得最不一樣的選項。
引用來源:
[1] 聯合新聞網:數學甲有鑑別度「比數乙簡單太多」。插一句話,太簡單的考題怎麼可能有鑑別度呢?