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中考数学:2015(浙江)杭州卷压轴题

 xfshok 2018-01-19

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。中考数学:2015(浙江)杭州卷压轴题方成思考后发现了图1中的部分正确信息:乙先出发1h;甲出发0.5h后与乙相遇。

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;中考数学:2015(浙江)杭州卷压轴题4、丙骑摩托车与乙同时出发,从N地沿同一条公路,匀速的前往M地。若丙经过4h/3与乙相遇。问,丙出发多少时间与甲相遇。

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,

  • 当甲的运动路程<乙时,y=乙的运动路程-甲的运动路程;

  • 当甲的运动路程 ≥ 乙时,y=甲的运动路程-乙的运动路程。

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,

  • 甲乙都是匀速运动,且

  • 乙先出发1h,甲出发0.5h后与乙相遇。

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:

  • 甲未出发,乙独自运动:此时S(甲)≡0。y=S(乙),甲乙距离不断拉大,对应线段OA;

  • 甲已出发,直至甲乙相遇:y=S(乙)-S(甲),甲追赶乙,距离不断缩小,对应线段AB;

  • 甲超过乙,直至甲到达N地:y=S(甲)-S(乙),甲乙距离不断拉大,对应线段BC;

  • 乙独自运动,直至到达N地。此时S(甲)≡MN。y=MN-S(乙),甲乙距离不断缩小,对应线段CD。

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

  • S(甲)=a×(t-1),0≤S(甲)≤MN;

  • S(乙)=b×t,0≤S(乙)≤MN。

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。

  • 当t≤1时,甲未运动,S(甲)≡0,S(乙)=b×t,所以y=bt。

  • 当t≥1时,甲开始匀速运动,直至到达N地。这段时间内,S(甲)=a(t-1)。根据a×(t-1)=4b,可知t=1+4b/a时,甲到达N。

    • 1≤t≤1.5时,根据题意“甲出发0.5h后与乙相遇”,可知此时甲处于追赶阶段,S(甲)≤S(乙),所以y=S(乙)-S(甲)=(b-a)t+a。由于y(1.5)=0,可得a=3b,由此从严格的数学角度得知甲的速度大于乙。所以,从t=1.5开始,甲将一直领先于乙。甲到达N之前,S(甲)=a×(t-1);当甲到达N地后,S(甲)≡MN。由a=3b,可知1+4b/a=7/3,即t=7/3时,甲到达N地。

    • 1.5≤t≤7/3时,S(甲)=a(t-1),S(乙)=bt,y=(a-b)t-a。

    • 当t≥7/3时,S(甲)≡MN,y=MN-S(乙)=4b-bt。

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:

  • 0≤t≤1时,y=20t;

  • 1≤t≤1.5时,y=-40t+60;

  • 1.5≤t≤7/3时,y=40t-60;

  • 7/3≤t≤4时时,y=-20t+80;

  • t≥4时,y=0。

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

  • S(甲)=60t-60,1≤t≤7/3;0≤t≤1,S(甲)=0;t≥7/3时,S(甲)=80;

  • S(乙)=20t,0≤t≤4;t≥4时,S(乙)=80

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:

  • 甲未出发时,y=S(乙)=bt,0≤t≤1;

  • 甲出发,直至甲追上乙 ,S(乙)≥S(甲),所以y=S(乙)-S(甲)=-2bt+3b,由题意1≤t≤1.5;

  • 甲追上乙,直至甲到达N地,S(甲)≥S(乙),所以y=S(甲)-S(乙)=2bt-3b,1.5≤t≤T甲。其中,T甲为甲到达N地的时间,所以3b(T甲-1)=4b,可得T甲=7/3;

  • 乙独自运动,直至到达N地,y=MN-S(乙)=-bt+4b,7/3≤t≤4。

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:

  • y=20t,0≤t≤1;

  • y=-40t+60,1≤t≤1.5;

  • y=40t-60,1.5≤t≤7/3;

  • y=-20t+80,7/3≤t≤4;

  • y=0,t≥4。

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

  • S(甲)=0,0≤t≤1;

  • S(甲)=60t-60,1≤t≤7/3;

  • S(甲)=80,t≥4。

以及乙的路程

  • S(乙)=20t,0≤t≤4;

  • S(乙)=4,t≥4。

图像如下,为了区别,用双线条表示S(甲)中考数学:2015(浙江)杭州卷压轴题4、记丙的速度为c,则当乙、丙相遇时,乙的路程与丙的路程和为80,即有

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。中考数学:2015(浙江)杭州卷压轴题

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