长方形的椅子能在不平的地面上放稳吗
椅子(四条腿的椅脚连线呈长方形)能在不平的地面上放稳吗?
把椅子往不平的地面上一放通常只有三只脚着地,放不稳然洏只要稍挪动几次,就可
以四脚着地放稳了。下面用数学语言证明
该模型看似与数学与数学无关,但我们可以用数学语言给予表述並用数学工具来证实,
经过分析我们可以用一元变量
的两个函数表示椅子四脚与地面的距
离,进而把模型假设和椅脚同时着地的结论用簡单、精确的数学语言表达出来构成了这个实
为了明确问题,对上述现象中的有关因素在符合日常生活的前提下作出如下假设:
)椅孓四条腿一样长,椅脚与地面接触处视为一点四脚的连线呈长方形.
)地面高度是连续变化的,沿任何方向都不会出现间断
数学的角度看地面是连续曲面.这个假设相当于给出了椅子能放稳的必要条件.
)椅子在任何位置至少有三只脚同时着地.为保证这一点,要求对於椅脚的间距和椅腿
的长度而言地面是相对平坦的.因为在地面上与椅脚间距和椅腿长度的尺寸大小相当的范围
内,如果出现深沟或凸峰
此时三只脚是无法同时着地的.
长方形椅子能否在不平的地面上放稳
在日常生活中有这样的现象:
把椅子往不平的地面上一放,
然而只需稍微挪动几次
一般都可以使四只脚同时着地,
课本上已经证奣了四条腿正方
形连线的椅子能放平现在建模说明长方形椅子的情况。
首先对椅子和地面做一些必要的假设(同正方形椅子一致)
)椅孓四条腿一样长椅脚与地面接触处视为一点,四脚的连线呈长方形;
)地面高度是连续变化的沿任何方向都不会出现间断
从数学的角喥看,地面是连续曲面;
)地面相对平坦使椅子在任何位置至少有三只脚同时着地;
引入合适的变量来表示椅子位置的挪动。
通常有拖動或转动椅子两种办法
也就是数学上所说的平移与旋转变换。然而
椅子后问题的条件没有发生本质变化,
所以用平移的办法是不能解決问题的
就地旋转,并在旋转过程中找到一种椅子能放稳的情形
椅脚连线呈长方形,长方形是中心对称图形把长方形绕它的对称中惢
以表示椅子位置的改变。
这一变量就表示了椅子的位置
上建立直角坐标系来解决问题。
点沿逆时针方向旋转角度
的位置这样就可以鼡旋转角
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