
是数学计算高手的 就试一下你的身手 别浪费你的天赋啊!
β ∈[120°,240°]之间做反复运动。
条件:H²=r²+R²
求h、r、R三者之间的关系
只写出必要的步骤,无需详细过程(如果有详细过程更好)!
以h=k1*R,r=k2*R的形式表示出来!
回应李远志——
呵呵,开始我也是这么想的。认为在“杆R运动到B点时,杆r运动到D点或E点”在前提下
当α=90°时,β=120°;α=270°时,β=240°。但是诚如你所说的一样,这是有问题的。
后来,我想到了当杆R匀速运动时,杆r应该不是匀速运动,而是变速运动。所以,当杆R运动到最小角(A点)和最大角(C点)时,杆r可能不在G点和F点 所以我利用微积分,经过计算得知(但不是很确定),当β为别达到最小、最大角时,杆r应分别在第一、第三象限 希望你能往微积分方面进行计算;或者能够证明当杆R匀速运动时,杆r也随其匀速运动! 展开
其实这个题目不难,只是题目有点问题。
如图,(见附件)
由于杆R一个周期内所有的点(除A、C 外)会经过两次,而杆r一个周期内所有的点都只经过一次。因此当杆R运动到B点时,杆r可能运动到除了F、G两点外的任何一点(因为除这两点外,其它任何一点都可以找到关于Y轴对称的点到B点的距离相同)。而且因此当杆R运动到B点时,杆r只能在D点或者E点(因为杆R从B点到B点需要半个周期,而杆r只有从D点到他的对称点E点才会经过半个周期)。因此当杆R从B经过1/4周期到C时,杆r则经过1/4周期从D到F,杆R从B经过1/4周期到A时,杆r则经过1/4周期从E到G。这样课建立三个方程。
杆R在A点,杆r在G点时
H^2=|AG|^2=(R+Rcos120)^2+(h+Rsin120-r)^2
杆R在C点,杆r在F点时
H^2=|CF|^2=(R+Rcos120)^2+(h+Rsin240+r)^2
两式相减,得r=(根号3/2)R
当杆R在B点,杆r在D点(或者E点)时
H^2=|BD|^2=h^2+r^2
又H^2=R^2+r^2;
所以h=R
但是将h=R,r=(根号3/2)R
代入方程
H^2=|AG|^2=(R+Rcos120)^2+(R+Rsin120-r)^2
得到H^2=(5/4)R^2
而将r=(根号3/2)R
代入H^2=R^2+r^2
得到H^2=(7/4)R^2
显然有矛盾,而且条件也有多余的。
因此,我认为原题意杆R圆心O1的横坐标应该是未知的,而不是已知的(图中标出已知为R)
若杆R圆心O1的横坐标未知,
当杆R运动到B点,杆r就不再是在D点或E点,根据上面的分析方法,应该在经过O2与BO2垂直的直线与圆O2的焦点上,而杆R在A点(或者C点)时,杆r则应该在BO2所在直线与圆O2的交点上。这样在每个点仍然可以建议一个方程,再加上已知条件H^2=R^2+r^2,共四个方程。
刚好有4个未知数x(O1横坐标),h(O1纵坐标),H,r,它们都可以用R表示出来,只是这样计算过程就比较复杂。自己有空可以去算算。
请看问题补充!
嗯,谢谢你的提示,我分析时出点差错。
但是这个问题的分析方法还是这样的,
首先
R在B点时,r在D(或者E)是没有问题的。
有:
当杆R在B点,杆r在D点(或者E点)时
H^2=|BD|^2=h^2+r^2
又H^2=R^2+r^2;
所以h=R
当R在A点时,注意到R在一个周期内只经过一次A点(不管匀速还是变速),杆r则只能在G点(AO2与圆O2的交点,另外一个交点舍去,由图观察可知,若不舍去,则对应的点无解)因为如果在其他点的话,它必然有关于AO2对称的点到A的距离相等。这就意味着从这点到它的对称点时,杆R从A又回到A,这与杆R和r共周期矛盾。
同样可得当R在C点时,杆r只能处于F点。
这样可在这两种状态下建立两个方程。
R在A,r在G时:|AO2|^2=(H+r)^2=(R+Rcos120°)^2+(R+Rsin120°)^2
R在C,r在F时:|CO2|^2=(H-r)^2=(R+Rcos240°)^2+(R+Rsin240°)^2
联立可解得r=(根号2/2)R
1、以r杆的轴心为坐标原点。(0,0)。 (定义A点)
2、r转到240度的时候 R到240度的位置。
可以求得R杆圆心的坐标(x1,y1) (定义B点)
3、当R转到 120度位置时,r的位置不明确。但R对于其圆心的相对坐标可以算出。(x1-1/2R, y1+根号3/2R) 定义C点
连接三点得到一三角形ABC,其中角B为120度。
且已知,AB=H-r+R,BC=R AC可以用余弦公式表示 (得等式1)
同时,C点在X轴上的投影D, ACD为直角三角形,可以用勾股定理表示 AC长度。(得等式2)
按题意 H²=r²+R² (等式3)
3个等式联立,可以解出对应关系。
计算太复杂,懒得算了。。。。思路供参考。
呵呵,我知道计算复杂,要不然我也不会请大家帮忙计算了!
我已经把结果算出来了,但不知道算得对不对,所以只好把它晒到百度里面来,请大家帮忙计算,核实一下结果!!
而且,我已经把B(R,h)点的坐标表示出来了,所以还麻烦请算一下。
另外,本题涉及求极值问题,即βmix=120°,βmax=240°,
所以应该会涉及微积分的知识。
如果大家感兴趣帮忙计算的话,小弟感激不尽!