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对“发车问题”的化归与优化

2011-07-22 14:14:59      下载试卷

  “发车”是一个有趣的数学问题。解决“发车问题”需要一定的策略和技巧。本文重点解决这样两个问题:一是在探索过程中,如何揭示“发车问题”的实质?二是在建模的过程中,如何选择最简明、最严谨和最易于学生理解并接受的方法或情景?

  为便于叙述,现将“发车问题”进行一般化处理:某人以匀速行走在一条公交车线路上,线路的起点站和终点站均每隔相等的时间发一次车。他发现从背后每隔a分钟驶过一辆公交车,而从迎面每隔b分钟就有一辆公交车驶来。问:公交车站每隔多少时间发一辆车?(假如公交车的速度不变,而且中间站停车的时间也忽略不计。)

  一、把“发车问题”化归为“和差问题”

  因为车站每隔相等的时间发一次车,所以同向的、前后的两辆公交车间的距离相等。这个相等的距离也是公交车在发车间隔时间内行驶的路程。我们把这个相等的距离假设为“1”。

  根据“同向追及”,我们知道:公交车与行人a分钟所走的路程差是1,即公交车比行人每分钟多走1/a,1/a就是公交车与行人的速度差。

  根据“相向相遇”,我们知道:公交车与行人b分钟所走的路程和是1,即公交车与行人每分钟一共走1/b,1/b就是公交车和行人的速度和。

  这样,我们把“发车问题”化归成了“和差问题”。根据“和差问题”的解法:大数=(和+差)÷2,小数=(和-差)÷2,可以很容易地求出公交车的速度是(1/a+1/b)÷2。又因为公交车在这个“间隔相等的时间”内行驶的路程是1,所以再用“路程÷速度=时间”,我们可以求出问题的答案,即公交车站发车的间隔时间是1÷【(1/a+1/b)÷2】=2÷(1/a+1/b)。

  二、把“发车问题”优化为“往返问题”

  如果这个行人在起点站停留m分钟,恰好发现车站发n辆车,那么我们就可以求出车站发车的间隔时间是m÷n分钟。但是,如果行人在这段时间内做个“往返运动”也未尝不可,那么他的“往返”决不会影响答案的准确性。

  因为从起点站走到终点站,行人用的时间不一定被a和b都整除,所以他见到的公交车辆数也不一定是整数。故此,我们不让他从起点站走到终点站再返回。那么让他走到哪再立即返回呢?或者说让他走多长时间再立即返回呢?

  取a和b的公倍数(如果是具体的数据,最好取最小公倍数),我们这里取ab。假如刚刚有一辆公交车在起点站发出,我们让行人从起点站开始行走,先走ab分钟,然后马上返回;这时恰好是从行人背后驶过第b辆车。当行人再用ab分钟回到起点站时,恰好又是从迎面驶来第a辆车。也就是说行人返回起点站时第(a+b)辆公交车正好从车站开出,即起点站2ab分钟开出了(a+b)辆公交车。

  这样,就相当于在2ab分钟的时间内,行人在起点站原地不动看见车站发出了(a+b)辆车。于是我们求出车站发车的间隔时间也是2ab÷(a+b)=2÷(1/a+1/b)。

  这样的往返假设也许更符合“发车问题”的情景,更简明、更严谨,也更易于学生理解和接受。如果用具体的时间代入,则会更加形象,更便于说明问题。

  三、请用上述两种方法,试一试,解答下面两题:

  1、小红在环形公路上行走,每隔6分钟就可以看见一辆公共汽车迎面开来,每隔9分钟就有一辆公共汽车从背后超过她。如果小红步行的速度和公共汽车的速度各自都保持一定,而汽车站每隔相等的时间向相反的方向各发一辆公共汽车,那么汽车站发车的间隔时间是多少?

  2、小明从东城到西城去,一共用了24分钟。两城之间同时并且每隔相等的时间对发一辆公共汽车。他出发时恰好有一辆公共汽车从东城发出,之后他每隔4分钟看见一辆公共汽车迎面开来,每隔6分钟有一辆公共汽车从背后超过。问小明从东城出发与到达西城这段时间内,一共有多少辆公共汽车从东城发出?

  四、下面三题也是发车问题,试一试,揭示问题实质。

  3、从电车总站每隔一定时间开出一辆电车。甲和乙两人在一条街上沿着同一方向步行,甲每分钟步行82千米,每隔10分钟遇上一辆迎面而来的电车;乙每分钟步行60米,每隔10分15秒遇上迎面开来的一辆电车。电车总站每隔__分钟开出一辆电车。

  [题说] 1997年小学数学奥林匹克决赛A卷第12题

  答案:11(分钟)

  4、有一路电车的起点站和终点站分别是甲站和乙站。每隔5分钟有一辆电车从甲站出发开往乙站。全程要走15分钟。有一个人从乙站出发沿电车路线骑车前往甲站。他出发的时候,恰好有一辆电车到达乙站。在路上他又遇到了10辆迎面开来的电车,才到达甲站。这时候,恰好又有一辆电车从甲站开出。问他从乙站到甲站用了多少分钟?

  [题说]   第一届“华杯赛”初赛第16题

  答案:40(分钟)

  5、一条双向铁路上有11个车站。相邻两站都相距7公里。从早晨7点开始,有18列货车由第十一站顺次发出,每隔5分钟发出一列,都驶向第一站,速度都是每小时60公里。早晨8点,由第一站发出一列客车,向第十一站驶去,时速是100公里,在到达终点站前,货车与客车都不停靠任何一站,问:在哪两个相邻站之间,客车能与3列货车先后相遇?

  [题说]   第三届“华杯赛”决赛二试第6题

  答案:在第5个站与第6个站之间,客车与三列货车相遇。
 

来源:本站原创

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