书城科普玄奥神秘的数学王国(新编科技大博览·B卷)
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第23章 数学与生活(7)

所以,庞贝城全盛时为公元前79年,火山爆发把它湮没在公元后79年,挖掘工作从公元1748年一直延续到1960年。

23x=2500

x=3750

蛋铺的生意

有一家小蛋铺,主要出售鸡蛋、鸭蛋和鹅蛋。鸡蛋1元5角一打,鸭蛋1元8角一打,鹅蛋2元6角一打(注:一打蛋是12个)。有一位顾客,身边只带了1元1角,他能买几种蛋、几个蛋?

解答:假设可卖鸡蛋x个,鸭蛋y个,鹅蛋z个。

有方程:1.5012x+1.8012y+26012z=1.10①化简得:15x+18y+26z=132②∴132=3×44=4×33∴②的解有两种形式:

(1)x=0y=z=3

(2)z=0x=y=4

由此,1元1角可以买3个鸭蛋和3个鹅蛋,或者买4个鸡蛋和4个鸭蛋。

列方程求年龄

19世纪,英国有个数学家叫狄摩根,曾在逻辑研究方面做出过贡献,活了65岁。生前某一年,有人问他:“你多大年龄啦?”在西方,除非至亲好友,随便问人家年龄是不礼貌的。狄摩根倒没有计较,他想了想,说:“我在公元x2年是x岁。”

狄摩根开的是什么玩笑呢?看到他一本正经的样子,问话的人便认真思考起来:要是设他出生年是公元y年,就有x岁时是公元y+x年,得y+x=x2。

这个方程有两个未知数,是个不定方程,可以根据年龄本身的特点,化成不等式来求解。

狄摩根是19世纪的数学家,又只活了65岁,那他的出生年,就一定在1735年后,在1835年前。

∵1835>;y>;1735;

∴1835>;x2-x>;1735。

这样,我们就可以把这个一元二次不等式的左右两边,分别求解,然后再取它们的公共解。

x2-x-1835<;0,

分解因式,化简,得:

-42.34<x<4334

年龄不能是负数,得x<;43.34。

x2-x-1735>;0,

分解因式,化简,舍去负数,得x>;42.16。

于是,公共解是43.34>;x>;42.16。

考虑到年龄取整数,满足上式的只有x=43(岁)。

因为狄摩根在43岁时是公元432=1849年,所以他是在公元1806年出生、1871年去世的。

列出方程,用不等式寻找狄摩根的年龄相当费事,有点像公安人员在破案了。其实,这个题有一个非常简单的解法,是小学生也能很快给出答案的。

我们很容易算出来,在1700~2000之间,只有三个完全平方数。这就是422=1764、432=1849、442=1936。

要是狄摩根在1764年是42岁,他活到19世纪就有70多岁了,所以不对。要是狄摩根在1936年是44岁,那他是1892年生,19世纪末才8岁,不可能是这个世纪的数学家。所以答案只能是:在1849年时狄摩根43岁。

再来看一个问题:

父亲现在的年龄与儿子现在的年龄加起来是110岁;等到儿子的年龄与父亲现在的年龄相同时,儿子的年龄是孙子现在的年龄的9倍;那时,孙子的年龄比儿子现在的年龄大4岁。请问:孙子现在的年龄多大?

解题时设未知数可以大胆些,不必怕未知数设多了。题里有父亲、儿子、孙子三人,就分别设他们现在的年龄是x、y、z岁。然后,逐句分析题意,列出方程式。

第一句很明确

x+y=110…①

第二句也清楚,当儿子年龄达到x岁时,就有

x=9z……②

两个方程有三个未知数,还需要再列一个方程才好解。不用说,应该在第三句上打主意了。

关键是要找出“那时”孙子的年龄,找到后减去y等于4,就是第三个方程。

“那时”孙子的年龄是多少呢?是现在孙子的年龄z加上若干年。这若干年是多少年呢?就是儿子从现在年龄y活到x岁时的年数,也就是x-y。于是得到[(x-y)+z]-y=4……③解①②③三元一次方程组,得z=8(岁)。

哪些灯还亮着

有一百盏电灯,排成一横行。自左向右,我们给电灯编上号码1,2,3,……,99,100。每一盏灯由一个拉线开关控制着。最初,电灯全是关着的。

另外,还有一百个学生。第一个学生走过来,把凡是号码是1的倍数的电灯的开关拉了一下;接着第二个学生走了过来,把凡是号码是2的倍数的电灯开关拉了一下;第三个人再走过来,把凡是号码是3的倍数的电灯上的开关拉了一下,如此下去,最后那个学生走过来,把编号能被100整除的电灯上的开关拉一下。这样做过之后,问:“哪些灯是亮着的?”

这简直令人眼花缭乱,不易理出头绪,方法不当就更不得要领。

正确的思考是:由于最初所有的电灯都是关着的,所以被拉了偶数次开关的电灯,仍然是关着的;只有那些被拉了奇数次开关的电灯才是亮着的。因此,人们只须去关心那些被拉过奇数次开关的电灯。

按照问题所规定的法则,编号为n的电灯被拉过几次呢?要看整数n中有多少个正因数。如果n不是平方数,那么n的全部正因数的个数是偶数,这盏灯是关着的。只有当n是平方数时,n的全部正因数个数是奇数,这盏电灯被拉过奇数次,因此它是亮着的。

这样,我们知道了,只有编号为

1,4,9,16,25,36,49,64,81,100的灯是亮着的。

最后举一例,看你是否有了“对称意识”:

〖6〗……两人把一个棋子,从左到右移动,使它经过一排方格中的每一个格,这排方格的总数是1990,谁把棋子移动到最后一格,谁就获胜。两人轮流,一次移动1至3格。如果你先走,你会赢吗?若再模仿前两个游戏,就会因找不到对称中心而困惑。但如果你有“对称意识”,就会立刻想到在四个格子里,对手先走,你必能获胜。这样,你走第一次时只要使剩余的格数是4的倍数就行了,对手走1格,你走3格;对手走2格,你走2格;对手走3格,你走1格,一直到你把棋子移到最后一格里。

为此,你的第一步只要把棋子移到左边的第二个格子里,(1990÷4=497×4+2)就稳操胜券了。

计算黄浦江的宽度

黄浦江是上海水路运输的重要河道。为了适应浦江两岸交通运输日益繁忙的需要,70年代以来,特别是改革开放以来,黄浦江下建起了几条隧道,江上架起了南浦、杨浦、徐浦等大桥。修隧道也好,造大桥也好,都要计算黄浦江有多宽。那么,如何比较精确地测量并计算出黄浦江的宽度呢?

假设要计算从A点到B点的距离,怎么算呢?

先在B岸选一点C,使A、B、C三点组成一个三角形,设B、C两点都在浦东岸边,那么,BC的长度就可以直接测量出来,如测量得BC=52112米;∠A和∠C也可以用精密的经纬仪比较精确地测出来,如测得∠A=45°16′42″,∠C=46°43′12″。

在三角形ABC中,∠A、∠C、BC都测量出来,利用正弦定理就能计算出AB的长度。

由正弦定理sin∠CAB=sin∠ABC,

所以AB=sin∠Csin∠A×BC

=sin46°43′12″sin45°16′42″×52112

≈0.72801211071053343×521.12

≈1.0246×521.12

≈533.94(米)。

这样测量计算所得到的黄浦江的宽度是比较精确的,其误差一般在3厘米之内。

测量金字塔的高度

你知道古埃及的金字塔吗?它们是一些古老雄伟的建筑物,是古代埃及国王们的坟墓。

2600多年前,埃及有个国王,想知道已经盖好了的大金字塔的确实高度,可是谁也不知道该怎样测量。

人爬到塔顶上去吧,不可能。因为塔身是斜的,就是爬上去了,又用什么方法来测量呢?

后来,国王请到了一个名叫泰勒斯的学者来设法解决这个问题。泰勒斯选择了一个风和日丽的日子,在国王、祭司们的亲自驾临下,举行了测塔仪式。

看热闹的人当然不少,人们拥挤着、议论着。看看时间已经不早,太阳光给每一个在场的人和巨大的金字塔都投下了长长的影子。当泰勒斯确知他自己的影子已等于他的身高时,他发出了测塔的命令:这时,助手们立即测出了金字塔的阴影的长度DB。接着,泰勒斯十分准确地算出了金字塔的高度。

在那个时候,大家都非常佩服泰勒斯的聪明!

可不是吗?泰勒斯的确了不起,因为他在2000多年以前,就已经应用几何学里的相似形原理来测算金字塔的高度,而现在我们学的几何学——欧氏几何,还是在泰勒斯以后许多年,由希腊学者欧几里得创立起来的呢。

泰勒斯是怎样算出金字塔的高度的呢?因为泰勒斯是在他的影子等于他自己的身高时才测量的。这时候,日光正是以45°的角度射向地面的,即∠CBA=45°,∵∠ACB=90°,∴∠BAC=45°。

这时,由金字塔的顶点、塔底的中心点和阴影的端点所组成的三角形是一个等腰三角形,所以,它的两个边AC和BC必相等。金字塔底边的长度,泰勒斯是早已测量好了的,它的一半就是CD的长度,DB的长度是助手们测出来的,他把CD加上DB,就算出了金字塔的高度。

用墙上的树影测树高

如果有人要你测量一个较矮的物体的高,比如说你的课桌,教室的黑板,你可以马上用皮尺量出。但是,要你测量一棵树的高度,你就得费点周折,方能得出结果。

如图1,某人想利用树影测一棵树AB的高,他找来一根图1图21米的竹竿CD,直立在地上,测得它的影CE的长为0.8米,他还测得树影AE长2.4米,他只通过简单计算,很快就得出结论:树高3米。

这是由于△ABE与△CDE相似,所以AB∶AE=CD∶CE,AB∶2.4=1∶0.8,AB=2.4×10.8=3(米)。

接着,他还想测量另一棵靠近围墙的树,此时,树影没有全落在地上,有一部分落到了图3墙上,如图2所示。他测得落在地面部分的树影长28米,落在墙上部分的树影高1.2米。

现在是一部分树影上了墙,所以不能套用前面的方法,但只要弄清影子是怎样形成的,问题也不难解决。

如图3,线段AB表示树高,AC为落在地面部分的树影,CD为落在墙上部分的树影,BD为太阳光,过C作BD的平行线CE,交AB于E点,那么树高AB=AE+EB。

由前一个问题我们知道:

AE∶AC=1∶0.8,AE∶2.8=1∶0.8,

AE=2.8×10.8=3.5(米)。

同时,EB=CD=1.2(米),所以树高AB=3.5+1.2=4.7(米)。

测堤面的坡度

俗话说,水火无情。为防止洪水危害村庄、农田、城市、工厂,有时需要沿河筑起拦洪大堤。大堤的横截面一般都是等腰梯形。如图所示,PQRS就是一个等腰梯形的横截面,角度α称为大堤的坡度。

如果大堤已修好,我们如何测出堤面的坡度呢?有人说,要测角度α太容易了,只要在大堤的底部打一个洞,量出PQ、SR及PS,再根据cosα=12*(PQ-SR)PS,角度α立即可以求得。但是,在堤下打洞,会破坏大堤,容易引发事故。那么怎样在不破坏大堤的前提下测出角度α呢?

如图,假设堤面与地面的交线是l,A为l上任意一点,过点A分别沿地面作AB⊥l,沿堤面作AC⊥l,这时α=180°-∠BAC。可见,只要求得∠BAC的度数,角度α就知道了。

要求∠BAC,我们可以过C、B两点拉直一根绳子,形成三角形ABC,则∠BAC是这个三角形的一个内角。用皮尺分别量出绳子BC及线段AC和AB的长,就可算出∠BAC。比方说,BC=a,AC=b,AB=c,那么,根据三角学中的余弦定理:

a2=b2+c2-2bccos∠BAC,得cos∠BAC=b2+c2-a22bc,很快可求出∠BAC。

所以,用上面所说的方法,既可以不破坏大堤,又能测出堤面的坡度。

要在楼梯上铺地毯,如何快速

量出所需购买地毯的尺寸某学校新建成一幢漂亮的图书楼,如果能在楼梯上铺上地毯,同学们会觉得大楼更整洁图1、舒适。然而,你知道如何快速量出所需购买地毯的长度吗?

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