- 在线时间
- 25 小时
- 最后登录
- 2019-2-18
- 注册时间
- 2014-4-7
- 听众数
- 8
- 收听数
- 0
- 能力
- 0 分
- 体力
- 198 点
- 威望
- 0 点
- 阅读权限
- 60
- 积分
- 106
- 相册
- 0
- 日志
- 0
- 记录
- 0
- 帖子
- 91
- 主题
- 30
- 精华
- 0
- 分享
- 0
- 好友
- 6
TA的每日心情 | 奋斗 2014-12-7 07:58 |
|---|
签到天数: 22 天 [LV.4]偶尔看看III 宣传员
 群组: 2014年网络挑战赛交流 群组: 国赛讨论 群组: 2014美赛讨论 群组: 第三届数模基础实训 |
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
|