题目: 方成同学看到一则材料:甲开汽车,乙骑自行车,从M地出发沿一条公路匀速的前往N地。设乙的行使时间为t(h),甲乙两人之间的距离为y(km),y与t的函数关系如图1所示。 请你帮助方成同学解决以下问题: 1、分别求出线段BC,CD所在直线的函数表达式; 2、当20<y<30时,求t的取值范围; 3、分别求出甲,乙形式的路程S(甲),S(乙)与时间t的函数表达式,并在图2中画出图象; 分析: 又是一道几何与代数结合的应用题,有很多信息通过图像透露。兵来将挡,我们仍然坚持跟着问题找条件。 1、题目1要求直线的解析式。我们只要知道两点的坐标,或者一点的坐标以及直线的斜率,都可以求得直线的解析式。本题中,我们已知B(1.5,0),C(7/3,100/3),D(4,0),所以直线BC和直线CD的解析式易得。 2、题目问题很简洁,但实际上题目2的求解是整个题目求解的关键:y的解析式是什么?根据题意,y是甲、乙两人间的距离,即,
这样,若要求解y的解析式,需要知道甲、乙的运动路程的解析式。根据题意,
所以,不难判断甲的运动速度大于乙:当甲乙相遇后,甲将超过乙,直至到达N地。那么甲乙之间的位置变化将依次经历以下几个阶段:
注意,上述分析虽然正确,但不是严谨的数学论证。我们只是从物理运动的角度去分析,事实上,目前我们仍然未知S(甲)和S(乙)的表达式,所以无法严格证明y在每个阶段所对应的线段。这段论述只是帮助去理清楚思路,下面按照严谨的数学推导去分析、求解本题。 甲、乙两人均为匀速运动,所以,在他们到达N之前,路程=速度×耗时。甲出发的时间为1h,所以甲的运动耗时为乙的运动耗时t减去1,即t-1。记甲的速度为a,乙的速度为b,则
乙耗时4h到达N,所以MN=4b。那么甲到达N时,由a×(t-1)=4b,可知此时t=1+4b/a。下面我们求解y的表达式。
题目中告诉我们,t=7/3时,y=100/3,由此可以得到a=60,b=20。这样,我们得到y的表达式,如下:
这样,根据20<y<30可得t的范围。 3、上面的分析中,我们已经得到S(甲)和S(乙)的解析式,如下
4、题目问,丙和甲何时相遇?记这个时间点为t,则此时S(甲)+S(丙)=80;同样,当乙和丙相遇时,S(甲)+S(丙)=80。所以,如果能知道S(丙)的表达式,这个问题可得解。当t=4/3时,S(乙)=80/3,所以此时S(丙)=160/3。由于丙为匀速,从而不难得到丙的速度=(160/3)/(4/3)=40,进一步可得S(丙)=40t。于是,甲丙相遇时间可知。 解题: 1、已知B(1.5,0),C(7/3,100/3),D(4,0),所以直线BC的解析式为y=40t-60,直线CD的解析式为y=-20t+80; 2、记S(甲)、S(乙)为甲、乙的路程,记a、b为甲、乙的运动速度。由于甲乙都是匀速运动,根据题意,S(甲)=a(t-1),S(乙)=bt,MN=4b,显然S(甲)与S(乙)都小于等于4b。t=1.5时,甲乙相遇,所以1.5b=0.5a,即a=3b。 由于甲的速度大于乙,并且甲、乙均是匀速运动,所以,有如下关系:
注意到题目图示,t=7/3时,y=100/3。所以2b×7/3-3b=100/3,可得b=20,a=60。由此可知y的解析式如下:
据此,求解20<y<30,可得2<t<9/4,或5/2<t<3; 3、根据第二问的解答,可知甲的路程
以及乙的路程
图像如下,为了区别,用双线条表示S(甲) 20×4/3+c×4/3=80, 从而可知c=40。记甲、丙与T丙时相遇,则此时甲的路程和丙的路程和为80,即有 60×(T丙-1)+40×T丙=80, 从而可知T丙=7/5,即t=7/5 h时,甲、丙相遇。 回顾: 1、本题的推演其实并不需要奇思巧构。与苏州卷相类似,作为一道与物理运动相结合的应用题,正确、快速的把物理运动用数学语言描述出来,是第一项考研; 2、本文用了繁复但更严谨的数学推导,并没有依赖题目所给图像。但是,图像可以帮助我们验证推导的正确性,以及更好的理解题目所述物理运动过程。 3、本题中的难点反而在于如何从严谨的数学逻辑上,通顺的表述出解题过程。 |
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