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几何模型 | 胡不归

 黄河清 2022-05-13
一、“胡不归”问题的提出
有一则历史故事说的是,一个身在他乡的小伙子得知父亲病危的消息后便日夜赶路回家。然而,当他气喘吁吁地来到父亲面前时,老人刚刚咽气了。人们告诉他,在弥留之际,老人还在不断喃喃的叨念:“胡不归?胡不归?……”
早期的科学家曾为这则古老的传说中的小伙子设想了一条路线(见图1)。A是出发地,B是目的地,AC是一条驿道,而驿道靠目的地的一侧全是砂土地带。为了急切回家,小伙子选择了直线路程AB

但是他忽略了在驿道上行走要比在砂土地带行走快的这一因素。如果他能选择一条合适的路线(尽管这条路线长一些,但是速度可以加快),是可以提前抵达家门的。
那么这应该是哪条路线呢?显然,根据两种路面的状况和在其上面行走的速度值,可以在AC上选定一点D,小伙子从A走到D,然后从D折往B,可望最早到达B
用现代的科学语言表达就是:“已知在驿道和砂地上行走的速度分别为v驿道和v砂地,在AC上求一个定点D,使得ADB的行走时间最短。”于是问题在于如何去找出D点。
这个古老的“胡不归”问题风靡了一千多年,一直到十七世纪中叶,才由法国科学家费尔马揭开它的面纱。
不过,费尔马的答案不是直接获得的,而是由一件意外的事情得到的帮助。感兴趣的可以自己查阅资料!
现在我们一起用初中数学知识探讨一下“胡不归”问题的解决方法。

二、“胡不归”问题的解决
首先,我们将“胡不归”问题转化为一道简介的数学题。题目如下:
如图,在直线AC上找点D,使按A-D-B的路径所用时间最小,其中在AD上的时间为V1,在DB上的时间为V2,且V1>V2.


三、解决“胡不归”问题得到的相关结论
1、根据前面的解法,总结几个特殊的速度比:
2、“胡不归”问题的解决通法
第一步:首先描出所走的路径线路图,其次分别标出速度较快的线段和速度较慢的线段,最后找到起点和终点;
第二步:过速度较快线段的端点(起点或终点)往所走路径的外侧作一条射线,使之与速度较快的线段构成的角满足:
第三步:过速度较慢线段的端点(终点或起点)做该射线的垂线;
第四步:该垂线与速度较快路径所在直线的交点即为所求点D。

解题思路:


后面两道题,同学们可以自行练习一下。

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