等邊三角形沿直線翻滾的運(yùn)動(dòng)軌跡引起我的思考


一、回顧參考

最近在數(shù)學(xué)教研QQ群一位老師發(fā)出的數(shù)學(xué)問(wèn)題(及上圖)撰筷,當(dāng)然不知發(fā)帖人是出于指導(dǎo)角度來(lái)引起大家的注意畦徘,還是出于探討思考的角度希望得到參考的價(jià)值,總之隨后就有一些老師參與討論井辆,我大致摘錄歸納得出以下四種觀點(diǎn):

觀點(diǎn)一:這道題看角度吧杯缺,兩個(gè)半圓。

觀點(diǎn)二:好像是一共滾10次夺谁,其中有3次A點(diǎn)未動(dòng),一共滾了以三角形邊長(zhǎng)為半徑的7個(gè)120度的弧蜡塌,也就是2個(gè)圓周長(zhǎng)多120度的弧長(zhǎng)勿负。

觀點(diǎn)三:滾一次就是9×2×3.14的3分之一 ,即是18.84琅摩,10次就是10個(gè)18.84锭硼,結(jié)果是188.4。

觀點(diǎn)四:翻滾一次轰异,路程走過(guò)1/3圓暑始,1/3×2×π×9 ,等于6π,10次就是60π牙肝。

二、自主看法

雖然我的學(xué)識(shí)膚淺配椭,教學(xué)不精,但是我還是很喜歡和大家一起思考數(shù)學(xué)問(wèn)題吼渡。根據(jù)文字題意和圖形的認(rèn)知以及思維老師的答案乓序,如果就此題的答案我比較同意觀點(diǎn)乙的看法坎背。

對(duì)于觀點(diǎn)一的答案得滤,不知是我沒有理解清楚,還是他沒有闡述清楚懂更,我感覺好像不在邊上。

對(duì)于觀點(diǎn)三和觀點(diǎn)四兩位老師我感覺只是表述略有不同龄捡,意思是基本一致的慷暂,好像運(yùn)用的規(guī)律存在問(wèn)題。我們簡(jiǎn)單地看奸腺,似乎兩人說(shuō)的翻滾邏輯也對(duì)血久,但是仔細(xì)觀察A點(diǎn)位移與三角形的滾動(dòng)次數(shù)關(guān)系,翻滾一次是三分之一圓周長(zhǎng)6π讹蘑,而翻滾10次就是10個(gè)6π副砍,用這樣的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算這道題顯然是不對(duì)的。比如說(shuō)把三角形原位置看成0次的基礎(chǔ)上角骤,三角形滾動(dòng)第2次和第3次A點(diǎn)的位移并沒有位移變化,第5次與第6次A點(diǎn)的位移也沒有變化邦尊,第8次與第9次A點(diǎn)的位移還是沒有變化蝉揍。這就說(shuō)當(dāng)三角形翻滾3n次和(3n-1)次時(shí)A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度是一樣的,所以觀點(diǎn)三四的規(guī)律在本題中也是行不通的又沾。

三杖刷、思維探討

如果說(shuō)我們把這道題作為一種題型進(jìn)行探討地話,那問(wèn)題就不僅僅于此了滑燃。

思考一:本題翻滾的次數(shù)不算很多表窘,學(xué)生完全可以運(yùn)用直觀畫圖的方法,然后數(shù)一數(shù)有多少個(gè)120度圓心角對(duì)的弧長(zhǎng)乐严,最后合并成圓周長(zhǎng)計(jì)算麦备,問(wèn)題就會(huì)得到解決。假如說(shuō)三角形翻滾的次數(shù)較多或者很多的時(shí)候凛篙,比如翻滾100次呛梆、1000次呢?很顯然作圖數(shù)一數(shù)就不適用了填物,那么就得去探討一種解題思路滞磺。以及探索出解決這一類問(wèn)題的公式思路才是最好的方法。

在此我們先梳理一下問(wèn)題中的知識(shí)點(diǎn):

(1)本題圓心角120度與整圓360度的倍比是3倍關(guān)系击困。

(2)本題圓心角120度所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)與整圓周長(zhǎng)的倍比也是3倍關(guān)系。

(3)本題每逢翻滾次數(shù)是3的倍數(shù)次數(shù)時(shí)蛛枚,A點(diǎn)回到原位置的形態(tài),但在每一個(gè)循環(huán)中A點(diǎn)都只運(yùn)動(dòng)了2次扭吁,這里一定藏著一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)律在其中盲镶,這是本著數(shù)學(xué)規(guī)律性解決問(wèn)題的思考。

前兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)大家都會(huì)考慮到系馆,關(guān)鍵是第三個(gè)知識(shí)點(diǎn)的規(guī)律我們?nèi)绾翁接懖⒁源祟愅颇赝缯眨窟@解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵所在闽寡,也就是本題中三角形每翻滾3次為就會(huì)有一個(gè)循環(huán)的形態(tài)存在,而每一個(gè)循環(huán)中A點(diǎn)卻只移動(dòng)2次植影,即2個(gè)120度圓心角所對(duì)的弧長(zhǎng)涎永。

我認(rèn)為在整個(gè)循環(huán)翻滾中翻滾次數(shù)與循環(huán)次數(shù)會(huì)出現(xiàn)能夠被3整除和不能被3整除的兩種情況,其中不能整除的又分為余數(shù)是1和余數(shù)是2兩種谷饿。

所以妈倔,本類題型的解題思路:

思路一:循環(huán)翻滾中翻滾次數(shù)能夠被3整除的盯蝴。

(1)翻滾次數(shù)÷3=循環(huán)次數(shù),

(2)循環(huán)次數(shù)×2=移動(dòng)了多少個(gè)120°圓心角個(gè)數(shù)捧挺,

(3)移動(dòng)了多少個(gè)120°圓心角個(gè)數(shù)÷3=合并為圓的個(gè)數(shù)(除不盡用分?jǐn)?shù)表示)闽烙,

(4)合并為圓的個(gè)數(shù)×2πr=點(diǎn)A移動(dòng)的路程長(zhǎng)度。

綜合公式:翻滾次數(shù)÷3×2÷3×2πr=點(diǎn)A移動(dòng)的路程。

思路二:循環(huán)翻滾中翻滾次數(shù)不能夠被3整除酥艳,有余數(shù)爬骤。(翻滾次數(shù)大于3次)

(1)翻滾次數(shù)÷3=循環(huán)次數(shù)……余數(shù)

(2)循環(huán)次數(shù)×2+余數(shù)=移動(dòng)了多少個(gè)120°圓心角個(gè)數(shù)霞玄,

(3)移動(dòng)了多少個(gè)120°圓心角個(gè)數(shù)÷3=合并為圓的個(gè)數(shù)(除不盡用分?jǐn)?shù)表示),

(4)合并為圓的個(gè)數(shù)×2πr=點(diǎn)A移動(dòng)的路程長(zhǎng)度惰爬。

綜合公式:(循環(huán)次數(shù)×2+余數(shù))÷3×2πr=點(diǎn)A移動(dòng)的路程惫企。

由于本題滾動(dòng)10屬于循環(huán)有余數(shù)的情形,顧解題如下:

10÷3=3(次)……1(次)丛版,

(3×2+1)÷3×18π

=7÷3×18π

=42π

所以本題答案按π的通常值計(jì)算偏序,A點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的路程為131.88厘米。

四豫缨、思維拓展

本題型還可以讓學(xué)生拓展思考第一次繞A點(diǎn)翻滾和第一次不繞A點(diǎn)翻滾兩種模型端朵,即每翻滾一圈(3次)點(diǎn)A所走的路徑是兩個(gè)120度的圓弧,半徑為9cm 如果第一次是繞A翻滾栓撞,10次后點(diǎn)A所走的途徑是6個(gè)120度的圓弧碗硬,即2個(gè)圓周長(zhǎng)。即A點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的路程為(36π)如果第一次不是繞A翻滾弛说,10次后點(diǎn)A所走的途徑是7個(gè)120度的圓弧翰意,即2個(gè)圓周長(zhǎng)+1個(gè)120度圓弧長(zhǎng)信柿。(42π)

也許有人看到這里可能認(rèn)為我是多此一舉渔嚷,就那么一個(gè)問(wèn)題說(shuō)這么廢話稠曼,還不一定完全正確。當(dāng)然對(duì)于學(xué)生做題時(shí)來(lái)說(shuō)漠吻,只需要答案正確不就行了嗎司恳?如果在考試時(shí)確實(shí)是那樣的。但是對(duì)我們教師來(lái)說(shuō)就不能那么簡(jiǎn)單了吧耍共,我們不但要知道答案猎塞,還要懂得算法和算理,這就是俗話說(shuō)的“不但要知其然,而且還要知其所以然”的道理淡诗。學(xué)習(xí)是無(wú)窮止盡的,探索是源于興趣的開始款违。

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