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数学
解析几何和经典数学模型的殊途同归
先说题目:
已知:抛物线
求:与该抛物线相切的直线 g(x) 的方程,并且 g(x)经过 ( 8 | 0 ) 这一点。
看起来很简单的题目。其实很难理解。
如果是求抛物线上一点的切线,很好办,直接erste Ableitung ,一次导,求出那一点的 Steigung,已知直线的Steigung和经过了一个点,这个直线就可以求出来了。如果不理解我上面这句话,请留言,我看看多少人留了言,可以今后再给大家复习一下。
但是,题目显然不是我上面说的这种情况,因为已知的 ( 8 | 0 ) 这一点,不在抛物线上。
用解析几何的方式来处理,我们看看如何办:
假设切点是P,那么这一点是 (Xp | f ( Xp) )
我们想到的基本思路是,如果求出了 Xp 的坐标值,那么就可以求得这一点 (Xp | f ( Xp) ),再加上 ( 8 | 0 ) 这一点,就可以求出这个曲线了。
第一个条件,看图中的阴影三角形部分:
第二个条件,直线和抛物线相切,是 Tangente,所以,对抛物线方程取 Erste Ableitung,就得到了所有和抛物线相切的直线的Steigung(斜率 )。
比如假设 x=6的时候,在抛物线上找到 x=6 的对应点,这一点画个切线,这个切线的Steigung肯定就是 -6
......
比如假设 x=Xp的时候,在抛物线上找到 x=Xp 的对应点,这一点画个切线,这个切线的Steigung肯定就是 -Xp
上面的第一条件和第二条件相等,m1 = m2 得出一个结果:
...此处省去三百字...
上面这个方程可以算出来 Xp = 15 或者是 Xp = 1
以上是解析几何的算法,着实有些伤脑筋,基本属于勤能补拙型,而且要理解了 Steigung的定义。。。注意我上面的红字部分。。。才可以运用自如。
用经典数学模型来处理,我们看看如何办:
假设我们要求的直线是 g (x) = ax +b, 这里回到了我之前讲的 Funktion的Rekonstruktion的问题上面,两个参数,需要两个条件。
第一个条件 ( 8 | 0 ) 这一点, 那么 : 0 = 8a + b
第二个条件 直线和曲线相切,只有一个交点,说明 "直线方程= 曲线方程,只有一个解 " 德语教科书,请参见 Parabel Lösungsmenge 这一章。
...此处省去三百字...
上面这个Parabel Lösungsmenge 只有一个
所以∆=0 也就是下面这一堆
两个条件用完了,我们得到了一个方程组:
去掉b,只留下a,得到
上面分别得到两个a值,一个是 a =-15 , 另一个是 a=-1
上面的已知a,可以求得b,这样,直线的方程就定下来了。
最后的问题:
不论哪种方法,为什么求出来的直线是两个,哪个才是我们需要的呢?
Sin (ax) 看到的 X 轴 缩放问题
今天同学问到Sin (ax) 的一些 Periode的问题。
看上图,首先,直观上来讲,g(x) = Sin (ax) 和 f(x) = Sin (x) 的关系,
根据定义,
ax 代替了 x的位置,那么,就相当于图像沿着x轴缩小了多少倍。
所以 g (x) 是 f (x) 图像的缩小 a 倍之后的图像。 <-------- 以上说法,适用于所有 Funktion
上面这个要当成结论记下来。不懂的,看教科书。
比如 a = 2 那就是 图上 Sin (2x) 的图像。比起 Sin (x) 的图像,确实是窄了一半。
比如 a = 4 那就是 图上 Sin (4x) 的图像。比起 Sin (x) 的图像,确实是四分之一。
周期 P (Periode) 根据三角函数定义 ,
P = 2 π / a 这个结论适用于
三角函数 cos, sin
P = 2 π / a 这个结论适用于
三角函数 cos, sin
比如 a = 2 那就是 图上 Sin (2x) 的图像。也可以直观的看出 P = π。
比如 a = 4 那就是 图上 Sin (4x) 的图像。也可以直观的看出 P = π/2。
最后,回到一个实际的题目:
Q:如果 在 [0, π] 之间,
函数 Sin (ax) 有三个 Nullstelle,
问 a 是多少?
函数 Sin (ax) 有三个 Nullstelle,
问 a 是多少?
A:P = 2 π / a 是三角函数的定义,
再根据上面的图像,
周期 Periode 是 π 的时候,
Sin 有三个Nullstelle
周期 Periode 是 π 的时候,
Sin 有三个Nullstelle
所以:a =2