椅子能在不平的地面上放穩嗎


問題

把椅子放在不平的地面上,通常只有三只腳着地,放不穩,然而只需稍挪動幾次,就可以使四只腳同時着地而放穩。這個看來似乎與數學無關的現象能用數學語言表述,並用數學工具來證實嗎?讓我們來試試看!

再次讀題

椅子 放在 不平的地面上,通常只有三只腳着地,放不穩,然而只需稍挪動幾次,就可以使四只腳同時着地而放穩。這個看來似乎與數學無關的現象能用數學語言表述,並用數學工具來證實嗎?讓我們來試試看!

對象分析

  • 椅子\(\Longrightarrow\)四個椅腳\(\Longrightarrow\)與地面有四個接觸點\(\Longrightarrow\)正方形(本質應該是長方形)
  • 不平的地面\(\Longrightarrow\)光滑曲面(光滑是根據討論范圍確定的,不連續的很陡的地面不在討論范圍之內)

條件分析

  • 通常只有三只腳着地,放不穩\(\Longrightarrow\)假設至少三只腳着地\(\Longrightarrow\)\(F(\theta)*G(\theta)=0\)
  • 稍挪動幾次\(\Longrightarrow\)位置的變化\(\Longrightarrow\)角度\(\theta\)的變化

結論分析

  • 能不能\(\Longrightarrow\)存在問題,0和1
  • 放穩\(\Longrightarrow\)四個腳到地面距離都為0\(\Longrightarrow\)兩對 對角椅腳 離地面的高度之和\(F(\theta)=G(\theta)=0\)

2019.3.27補充:

昨天上課學得,在某些問題中,結果為離散的0或1的問題可以轉化為結果為連續值的問題。

比如目標是得到最大產值,問題是A、B、C哪里需要建廠,這涉及到原料的生產、加工、運輸,成品的銷售等等。

如果直接根據問題進行離散的計算,會有\(2^3=8\,\)種情況。

如果進行連續的計算,將某地是否建廠轉化為某地的原料產量。如果產量是0,則表示該地不建廠;如果產量大於0,則表示該地建廠。

數學模型

已知F(\(\theta\))、G(\(\theta\))是\(\theta\)的連續函數,對任意\(\theta\)\(F(\theta){\times}G(\theta)=0\),且\(G(0)=F(\frac{\pi}{2})=0\)\(F(0)=G(\frac{\pi}{2})>0\),證明存在\(\theta_0\),使\(F(\theta_0)=G(\theta_0)=0\)

方法總結

好好讀題,根據題中所給信息,找到研究對象條件結論等現實元素轉化為一個個數學元素。

討論

關於旋轉的變量除了\(\theta\),轉軸也可以算一個,另外還可以把正方形改為長方形進行討論。

作者:@臭咸魚

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