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[个人总经验] 椅子放置问题

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longde        

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    发表于 2015-8-17 22:43 |只看该作者 |倒序浏览
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    椅子放置问题
    4 {4 M& E3 r1 \9 m# d1 P$ v; v8 i0 W& `$ u# P: L$ v
    把椅子往不平的地面上一放,通常只有三只脚着地,放不稳,然而只要稍挪动几次,就可以四脚着地,放稳了.下面用数学语言证明.
    * B8 [2 Y  V+ s4 n6 `% z
    6 E  F' G$ Q2 v' B# G一、        模型假设) ?8 W6 p1 m9 F9 J$ a
    对椅子和地面都要作一些必要的假设:* _1 F4 T% I- i& c* Q. j( `" R: e
    1.        椅子四条腿一样长,椅脚与地面接触可视为一个点,四脚的连线呈正方形.
    * j; u% H* ^, k3 @2.        地面高度是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断(没有像台阶那样的情况),即地面可视为数学上的连续曲面.
    6 q  a- [& Q7 i% Z% H5 Z) |3.        对于椅脚的间距和椅脚的长度而言,地面是相对平坦的,使椅子在任何位置至少有三只脚同时着地.2 q) G& x3 Y5 G8 b' ?0 V
    # s2 R4 }2 a+ B2 k
    二、模型建立
      H% |. L. ^+ o6 M9 L( ~! U中心问题是数学语言表示四只脚同时着地的条件、结论.
    ; o; `4 l! w5 i( ^; X. W# b3 M首先用变量表示椅子的位置,由于椅脚的连线呈正方形,以中心为对称点,正方形绕中心的旋转正好代表了椅子的位置的改变,于是可以用旋转角度 这一变量来表示椅子的位置.8 @( F* `" R; z5 Y( F
    其次要把椅脚着地用数学符号表示出来,如果用某个变量表示椅脚与地面的竖直距离,当这个距离为0时,表示椅脚着地了.椅子要挪动位置说明这个距离是位置变量的函数.
    7 x9 o' t( V) i2 F# d9 C- N, G6 E# [由于正方形的中心对称性,只要设两个距离函数就行了,记A、C两脚与地面距离之和为 ,B、D两脚与地面距离之和为 ,显然 、 ,由假设2知f、g都是连续函数,再由假设3知 、 至少有一个为0.当 时,不妨设 ,这样改变椅子的位置使四只脚同时着地,就归结为如下命题:
    3 R) k" o* f7 f3 W# K" e+ ?- h5 F命题  已知 、 是 的连续函数,对任意 , * =0,且 ,则存在 ,使 .  + k' e/ i+ o+ |9 S2 {
           0 v# p6 j7 P- [- T, w& a
    三、模型求解/ i/ G  o$ o3 Z; @6 q1 j
    将椅子旋转 ,对角线AC和BD互换,由 可知 .令 ,则 ,由f、g的连续性知h也是连续函数,由零点定理,必存在 使 , ,由 ,所以 .
    - Y3 N# \( V6 Q+ A/ d$ r6 O3 E7 f3 |  f0 r
    四、评   注
    0 c. I: m- v2 r  T    模型巧妙在于用一元变量 表示椅子的位置,用 的两个函数表示椅子四脚与地面的距离.利用正方形的中心对称性及旋转 并不是本质的,同学们可以考虑四脚呈长方形的情形.  }3 ]4 w/ i& I  [% j* |* z
    * k/ K+ ?1 V7 j$ j  L
    zan
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    木__易        

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