數學趣味003 不等式

2022-04-09 08:58:19 字數 2674 閱讀 4240

1.光的智慧型:

光在同一種介質沿直線的傳播。

讓我們一起來回憶一下中學都做過的一道幾何題:

小明(小明又中槍……)從a點去河cd打水至b點,求最短路線?

雖然簡單,但是這個應用使用的也是最簡單的定理:2點之間直線最短!解答方式可如下:

可以看出動點e在cd上移動,只有在aeb`在同一直線時,路線最短。

此時的aeb線,也是光從a點出發到達b點所必經過的e點,光竟然會每一次都找到最短的路,真是神奇的大自然,……那麼我們再加強一下下:

還有乙個規律:如果ef垂直於cd,那麼角aef = 角bef,這就是眾所周知的光的反射定律啦,光纖裡面就是應用的光的這個特性,突然想起中學時,化學老師說一切物質都是由元素組成的,下面一位同學立即說到:那麼光是由什麼元素組成的呢?時,老師一時詞窮的表情。

也許你會想連貓看到乙隻老鼠也會選擇直線跑過去,這算那門子的聰明,其實,貓走直線的原因也是光由直線傳播的原因才會走直線的啦,想想海市蜃樓,想想一支筷子插透明水杯時的折角,如果光一直都不是直線傳播的,那眼神要怎麼扭曲才好使哈,那麼怎麼解釋海市蜃樓呢,怎麼光有時會變傻,不走直線?

其實仔細一下這是是一種捨近求遠的大智慧型啦。折射定律

那麼現在把上面小明的情況改一下:小明要把從a點從a點運至b點,在acd平面是水泥地,速度為u m/s,而在bcd面是海灘,速度為 1 m/s,那麼走aeb這條直線雖然是最短路線,但用時最短的路線是?,因為在水泥地裡快一佔,自然小明會想多在水泥地裡面走一會

所以路線必然是ae`b,(e`b重合)這個e`就是乙個臨界點,如果e`住左或往右移動,總時間就會增加!

神奇的是:光每次都能準確地算出這個e`的位置,為了最快!最快的穿過!其實光只是想盡方法要走一種最快的路線!

哈哈,光真是一種神奇的存在!!!

最後:加強一下對剛才的理解:題2:求下圖從小明從a點到河ob上一點撿個石頭b` ,再由b`到河oc上一點c`撿個石頭,再由c`回到a的最短路徑(其實就是找ab`c`三角形最小周長啦!【如果你覺得有意思,那麼請想辦法用最辯簡潔的語句表達出來哦】

上面和我們說的不等式有什麼聯絡呢?

我們仔細想想,怎麼算出折射定律中的e`點位置?

求time不等式的最小值!我們只要對這個不等式求導數(導數就是乙個區域性性質,就是描述這一點上附近的變化率,我們所求的e`就是要導數為0,因為不管是e`往左移,還是往右移,都是變大的:

所以對x求導得:

這就是 sinae`f/u = sine`bd 這就是折射定律的公式啦!

是不是很好玩!總結一下就是微積分求導可得不等式的的極值問題。

說到這裡:實然想到:乙個等周長下圓的面積最大的直觀理解(擴充套件到三維就是等表面積,圓的體積最大):

1.1 首先我們把周長為c的線分成2段:每段長c/2

直觀上理解:這2段用c/2分出來的圖形必然是相相對稱的:如果他它不對稱,那麼這就可以把大的那一邊對稱過去,讓兩邊都達到最大,所以可以直觀的理解到:得出來的最大面積圖形必然是乙個對稱圖形。

1.2 現在我們只要求出c/2得到的面積最大

也就是說ac定長cb也定長時,用它會去圍乙個三角形,什麼最大?s = ac*bc*sin角acb/2 當角acb = 90度時,面積就達到了最大,那麼我們不斷的重複這個舉動,就可以得到當c點一直在角acb上的圖形移動時,時刻能保持最大面積,

所以沒有比時刻保持角acb為直角的圖形圍的面積更大了,這時就是最大。

1.3然後我們來證明:以直徑ab為邊,c點在圓上的為直角三角形:

o為圓心,所以oa = ob = oc 所以由等腰三角形2角相等:角oac = 角oca ;角ocb = 角obc,  

所以角oac+角obc = 角oca+角ocb = 角acb

又因為三角形內角各為180度,角oac+角acb = 180度,所以角acb是直角!!!

期待機智的博友折騰下題1,和題2,很好玩哇,大家一起玩!

神奇的大自然,圓圓的露珠:

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