数学题(见图)
谢谢了。
好吧,这题看似简单,不过好像没有初等证明了。
改成以下问题:
求木棒上任意一点在木棒下滑过程中的轨迹的方程式。
可以增加悬赏,谢谢。 展开
应该是最速降线。
在重力作用且忽略摩擦力的情况下,一个质点在一点A以速率为零开始,沿某条曲线,去到一点不高于A的B,怎样的曲线能令所需的时间最短呢?这就是最速降线问题,又称最短时间问题、最速落径问题。在部分欧洲语言中,这个问题称为Brachistochrone,即希腊语中的“最短”(brochistos)和“时间”(chronos)。这条线段就是摆线,又称最速降线,可以用变分学求证。
约翰·伯努利的证明
费马原理说明,两点间光线传播的路径是所需时间最少的路径。约翰·伯努利利用该原理,通过假设光在光速以恒定竖直加速度(也就是重力加速度g)加速的介质中运动形成的轨迹来导出最速降线。
运用机械能守恒,可以导出在恒定重力场中运动的物体的速度满足
式中y表示物体在竖直方向上下落的距离。通过机械能守恒可知,经不同的曲线下落,物体的速度与水平方向的位移无关。
约翰·伯努利注意到,根据折射定律,一束光在密度不均的介质中传播时存在一常数
式中vm为常数,θ为轨迹与竖直方向的夹角,dx为水平方向路径微分,ds为运动方向路径微分。
通过上述方程,我们可以得到两条结论:
1.在刚开始,当质点的速度为零时,夹角也必然是零。因此,最速降线在起始处与竖直方向相切。
2.当轨迹变为水平即夹角变为90°时,速度达到最大。
为了简化过程,我们假设质点(或光束)相对于原点(0,0)有坐标(x,y),且当下落了竖直距离D后达到了最大速度,则
整理折射定律式中的各项并平方得到
可以解得dx对dy有
代入v和vm的表达式得到
这是一个由直径为D的圆所形成的倒过来的摆线的微分方程。
谢谢,这道题看来在高一是看不懂了
不客气