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引入時間變量的空間位移―用波形圖解行程問題

2008-05-07 13:49:45     

一些復雜問題的解決,常常需要把它拆分成幾個子問題,或者,把它簡單化,模型化,以便于用數(shù)學工具來處理。在行程問題中,有一種勻速運動在兩點之間且往復進行的類型,因為運動者往復運行在兩點之間,那么它的運動軌跡必然相互掩蓋而難于直觀地分析,如果有兩個運動者,更是如此。這時,我們引入時間變量,“拉伸”空間,使得它的軌跡看起來不重復了,從而便于分析處理。下面就結(jié)合一個實例談一談這一獨特的分析方法。

  A的速度為30千米/小時,B的速度為20千米/小時,AB同時從甲地出發(fā)到乙地,他們先后到乙地后又返回甲地……如此往復來回運動。已知AB第二次迎面相遇與A第二次追上B的兩點相距45千米,甲乙兩地相距多少千米?

  AB在甲、乙兩地來回運動,我們試圖把它的行蹤直觀地展示出來,但運動是往復進行的。就有后面的運動軌跡對前面運動軌跡的“掩蓋”。由此,我們引入時間維度,從而拉伸AB的運動軌跡,使其每一個全程運動軌跡不重復前次空間地呈現(xiàn)在我們眼前,這類似于物理學里的“擺”,在運動中的擺里裝上細沙,其下置一長方形木板作勻速拉伸,這樣擺的來回往復運動就留下了它自己的“足跡”。見圖1。

  此題中,我們設想有兩擺互不影響地同時擺動,擺長不一樣,速度也不一樣,作出其軌跡,如圖2

  A為“――”B為“……”,A30千米/小時,B20千米/小時,上方為甲地,下方為乙地。按時間維度的坐標作出它們各自的運動軌跡。由于甲乙相距一定。VAVB=3020,所以行一個全程,A用的時間tAB用的時間tB之間tAtB=23,A行完6個全程時,B剛好行完4個全程,時間一定時,他們的行程比是32。

  由圖2可觀察到,AB第一次迎面相遇在M點,第二次迎面相遇在N點。其中我們只須考察N點,由圖2知,AB第一次追上相遇(AB同向同時達到一點)在H點。實際上23的最小公倍數(shù)是6,故在6小時處相遇(同向),可以推想,在第12時時,AB又一次同向相遇,且相遇點類似地在甲地(H′點)。在圖上則相差一個周期,必須指出的是H、H′,其實就是指甲地,它們并無空間上的位移,于是我們把它“移”到H0點,則NH0=45千米。

  我們觀察N點,也就是AB第二次迎面相遇的這一時刻,此時,由圖2可知,A已行了2個全程還多,B則行了1個全程多。相遇時,他們合計共行了4個全程。在一定的時間內(nèi),A、B共行了4個全程。他們的貢獻與其

 

  前述H0即為題目所述第二次、第三次……追上相遇的地點,故NH0=

  答:(第二)全程長112.5千米。

  需要指出的是,本題借助波形圖解題,所畫曲線與波所描述的物體的擺動并不一致,我們只取其形式,展示物體運動的軌跡,其實我們假設A、B均是勻速運動的。與擺的運動完全不同,所以,不能套用物理學里的一些關(guān)于位移的公式。本題是取其形式,舍其實質(zhì),運用其思想,幫助數(shù)學解題,其鍛煉思維能力的作用也是顯而易見的。

來源:網(wǎng)友投稿

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