胡不归(乌鸦坐飞机)问题与折射原理光行最速。
(本文发布于几何数学公众号)
胡不归问题是什么问题呢?
整理之后就是带系数的线段和问题,可以吧系数放在一个线段上。上题中这样一来AD/V1+BD/V2的取最小也就是AD*V2/V1+BD取最小。
如下图,构造角DAE,使她的正弦等于V2/V1,AD*V2/V1就等于DE(利用三角函数转化长度,AD*V2/V1转化为DE),所以最短的时候就是BDE三点共线,也就是,过点B做BE垂直于AE,
此时AD*V2/V1+BD取最小也就是AD/V1+BD/V2取最小的时候。然后可以计算。
下边示意图,点的名称不一直
也就是说胡不归其实是一类加权线段和最值问题(带系数线段和最值问题)。当然不是所有的带系数的线段和问题都是胡不归,还有一类是阿氏圆:阿波罗尼斯圆。
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还有个例题
依然是构造角的正弦等于速度比。(线段的系数就是因为,速度不同产生的)
上题中,想一想如果速度相同,那么肯定是直线最短,AB最短了。
这其实跟光线的传播有很大的关系(折射原理)我们知道到光在不同介质的速度是不一样的,但是光总会走最快的一条路,用时最短(这就是光行最速原理)这是一个物理现象,你要问我为啥,我只能说这就是客观事实,或者可以问问物理老师。如下折射的原理。
所以我们的胡不归其实可以看做折射的临界状态,也即是折射角是90度,入射角等于临界角(大于临界角会发生全反射)(光路可逆,所以入射角折射角也可以反过来),也就是如下图sin90度等于1.所以sin入射角=V1/V2
按照光行最速,我们可以看做是光从上面射到下面(水平线),光在两部分的速度是我们人为规定的,根据折射原理只要入射角的度数(正弦)等于V1/V2就最快。
如下,我们看看光是怎么走的,可以看做光从B到A,入射角就等于阿尔法,他的正弦就是V2/V1,(这题上面BD上的速度是V2),和我们构造的答案是一样的。我们也就可以直接用折射原理来做题(小题)
当然除了速度不同会产生系数,也有其他产生系数的方法,比如路费不同。我们一样写出带系数的式子,然后转化为只有一个线段含有系数,然后构造角度正弦等于速度比。如下图题。(来自群友提问)
练习题:
(来自于特在群里发的题目)
最后再来一道包装很精美的胡不归,(不认真看真的看不出来)(来自于特发在群里的题)。这题有人可能觉得,飞机一直发出声音,也就是可能,在头顶之前就听到了声音。其实没有认真读题目,这里的飞机是比声音快的,所以,飞机飞过头顶以前不可能听到声音。
这道题我把他改一下就能看出端倪,以下是我的改编。点击图片放大。
深入研究一下画图如下图本题速度比为0.6
(建议微信长按保存动图,放大细细看)
可以看到谁先到达
那么当飞机不如声音快的时候呢,显然声音都不想多坐一秒钟飞机,直接从起点出发离开飞机的声音最先到达(不考虑声音衰减)
速度比的变化如图,当速度比大于1时,正弦不存在所以没有斜线
那么大家可能会问,胡不归是折射原理的一种特殊情况。那有没有题目是一般情况的呢?还真有,之前在群里多次出现的一道题,这题其实可以用折射原理解释,但是没法算出答案,没有初中解法。(需要解四次方程)。初中老师再看到这题可以放弃了。
这题的兄弟题是可以做的,也有很多老师把这俩题搞混,把下题的答案当做是上题的答案。(我怀疑可能是哪位老师出题的时候,抄错了条件,或者随便给改了个条件,没想到比原题难没法做)
值得注意的这题也是含有系数的线段和最值问题,核心也是转化,利用现有的三角比,还有对称等进行转化。
好了,本次内容写完了,期待下次相遇
感谢大家的支持厚爱!