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数学不实用?看看如何用高中数学知识完美解答生活小问题

大家总会问,学数学有什么用?确实,在高中接触到的理科知识中,物理、化学、生物均来源于实验,通过现实存在的一些现象,从中抽提并总结规律。数学则相对抽象,学习解析几何,学习数列,学习不等式,看起来和生活几乎毫无关系。

可是实际上,用数学手段解决实际生活问题是很常见的。根据实际问题,发掘其中的数学规律,用数学手段解决问题,这就是数学建模,也是数学应用的有利验证。今天小编就用大家高中学到的函数零点,为大家解决一个生活中常见的问题。

对于零点相信大家绝不陌生,何为零点?顾名思义,其实就是函数值为0时x所取的值,那它和生活有什么关系呢?听小编讲一下——椅子问题:

相信大家在生活中对椅子都不陌生,四个腿,一个靠背。可是椅子虽然有四个腿,遇到不平的路面总会歪斜,让人不容易坐稳,可是总有机智的小伙伴,只要稍微移动一下椅子,它就会四脚着地,轻松坐稳。但是大家想过没,地面可不是千篇一律的,每个地都不一样,但为什么椅子稍微动动就会成功四脚着地呢?难道这些地面有什么规律?这里究竟有什么玄机?

我们首先对椅子和桌子提出如下要求(建立模型):

1. 凳子腿一样长,椅子腿和地面接触为一个点

2. 地高度是连续变化的(没有断崖,数学上叫连续曲面)

3. 椅子在任何位置至少三只脚同时着地

在这里前两点大家比较好理解,也可以和生活对照,只有第三点不太好理解,椅子晃动就是三脚着地?其实大家可以实际操作一下,一般情况椅子晃都是三脚着地(小伙伴要是一、两脚着地不倒那就是杰出的杂耍工作者。)

模型建立之后,如何表达椅子运动这一行为呢?在这里,我们用椅子的俯视图来看,设椅子转动θ后四脚着地。我们通过这个图可以发现,椅子是否四脚落地,其实取决于椅子转动的角度,那么椅子腿与地面的距离s与椅子转动的角度θ是一一对应的,即二者构成了函数关系,为了取巧,我们设椅子腿与地面距离为0即为着地(是不是有一点数学的苗头了?)

可是椅子有四个腿,难道我们要列四个距离-角度的函数?因为正方形具有对称性,所以我们只需设两个距离即可,设A,C距离之和为F(θ),设B,D距离之和为G(θ),那么椅子三脚着地其实就是任意角度F(θ),G(θ)至少一个为0,也就是F(θ)G(θ)=0。我们假设初始为G(0)=0, F(0)>0。那么转动角度后椅子四脚着地转换为什么数学问题呢?

在这里用高中常用的零点存在定理解决。什么是零点存在定理?连续函数H(x)若:H(a)H(b)<>

翻译过来什么意思:凳子坐不平没关系,只要转凳子一定会坐稳。怎么样小伙伴们,数学并不是高不可攀,数学贴近生活,是日常生活的总结与提高。

'数学有多难'致力于数学平民化

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