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用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

(本文釋出於幾何數學公眾號)

今天還是寫物理相關的方法在數學題上(中學數學)的應用,今天要說的是控制變數法,其廣泛應用於理化生實驗當中的一種方法:‘

以下是百度詞條:

物理學中對於多因素(多變數)的問題,常常採用控制因素(變數)的方法,把多因素的問題變成多個單因素的問題。每一次只改變其中的某一個因素,而控制其餘幾個因素不變,從而研究被改變的這個因素對事物的影響,分別加以研究,最後再綜合解決,這種方法叫控制變數法。它是科學探究中的重要思想方法,廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。

注意其中標黃的部分,那麼在幾何動點中,可以用來研究多個動點的問題,等等,有人會問上次不是剛講了

相對運動也是研究多個動點的問題嗎

(相對運動方法點選:

用物理知識解數學題(第一期)相對運動思想

本次所說的

控制變數法

研究的多動點問題是和

相對運動有

區別的(但是並不一定對立)。相對運動應用的要求是多動點

嚴格關聯

(圍成圖形保持不變全等),甚至不能有長度的放縮。而控制變數法應用的物件是,

多動點,不關聯

具體要求和方法:

1、多動點(雙動點為主,

一般還會有一個從動點受制於這兩個動點,問題也是針對從動點提出

),但是動點之間沒有制約作用,也就是各自在各自的軌跡(或無軌跡)上隨便動,

不會相互制約

。(本期講的型別是:

一僕二主

,也就是兩個不關聯的主動點同時控制一個從動點,這名字起的怎麼樣?)

2、先控制一個動點動,讓其他動點保持靜止,觀察,該動點的影響(會讓從動點產生什麼樣的軌跡),在讓另一個動點運動,看會產生什麼影響(對剛才軌跡的影響)。

幹說不練有點暈,看看實際例題:

例題1

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

主動點是E,D,這兩個點在

各自軌跡不關聯的運動

,從動點A’,

同時受這倆點的制約。

先隨便動動看:看不太出來啊!

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

標出軌跡看看:

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

再看看:

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

好了正式開始,

先按住D不動,讓E運動,

E會讓A在圓弧軌跡上運動(以D為圓心DA為半徑的圓弧),

然後再讓D動,D就會影響這個軌跡

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

細細看看怎麼影響軌跡。A’就是軌跡上的點,也就是軌跡(圓弧)運動過程中,其上一點到C最短?怎麼求?就是點圓距離,聯結圓心CD,

CD-半徑最小就是最小值

。即CD-DA最小。

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

其實這個差什麼時候最小,還需要動動腦筋,CD是直角三角形斜邊,一定大於AD,顯然是CD和AD的比值越接近於1,也就是

sin角ADC越大的時候,差越小,

什麼不懂三角函式,那就想象一下D無休止的向右動DA,DC長度越來越接近。

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

例題2

例題2用到了瓜豆原理,不清楚可以先學習

(還有影片講解:

相似之阿圓轉子母,定角定比原理

這也是在群裡看到的一題

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

主動點是A、B,在各自軌跡無關聯的運動,從動點C同時受他倆制約,我們先按住B不動,根據:定角定比原理,

C的軌跡是正方形順時針旋轉45度再縮小根號2倍(AB、CB滿足定角45度,定比根號2:1)

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

再按住A,

看B的運動對軌跡(正方形)的影響

,根據

軌跡正方形的

中心和B滿足關於定點O的定角定比(或者選取最下的端點,顯然這個端點是距離最小的候選人),得出正方形軌跡的運動軌跡是旋轉45度的雙曲線一支。

易得此時最短:

用物理解數學題2:控制變數法研究一僕二主問題

你問做個題過程怎麼寫(小題也不需要過程),應該是

構造相似

可以,深入研究一下定角定比的解題過程怎麼寫即可。

(本次及以往所做

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