解謎的藝術:用數學的方法探究撞球的軌跡(二)

2021-02-24 智趣空間

W. W. Sawyer, in his book Mathematician's Delight, wrote:


      Everyone knows that it is easy to do a puzzle if someone has told you the answer. That is simply a test of memory. You can claim to he a mathematician only if you can solve puzzles that you have never studied before. That is the test of reasoning.

到目前為止,在試著解決桌上撞球的運動軌跡這一謎題時,我們已經有了一些發現。

從我們考慮過的例子來看,如果桌子的尺寸是整數,並且球從左下角與側面成45°角擊中,它最終會落在另外三個角之一。

撞球的路逕取決於桌子的形狀,而球最終到達的角落似乎在某種程度上與桌子的尺寸有關。

              

最簡單的路徑顯然是在一張正方形的撞球桌上。在這樣的桌上,球從一個角斜向另一個角移動,而不會從任何一邊反彈。路徑如此簡單,與方桌的長寬比為1有關。

對於這樣同樣的模式,我們或許可以這樣認為:

我們一直用長方形來表示撞球桌的內部尺寸。長寬比相同的矩形具有相同的形狀,稱為相似。由於相似撞球的運動軌跡是相同的,大尺寸撞球的運動軌跡可以通過用最小值表示這些尺寸的比值來發現:

在下面的練習中,我們將在尺寸最小的桌子上畫出球的路徑。

1  畫一組七張撞球桌,寬度為1個單位,長度為1、2、3、4、5、6和7個單位。在每一張桌子上顯示球的路徑,用一個大圓點標記出球結束的角落。前兩個表和路徑顯示在左側。             注意,因為寬度是1,所以所有這些桌子的尺寸都是最簡單形式的。球在哪個角落結束取決於長度是奇數還是偶數。

4 畫一組七張撞球桌,寬度為2個單位,長度為1、2、3、4、5、6和7個單位。在每個不能縮減為最簡比例項的桌子上顯示球的路徑,並在球結束的角上用一個大點標記。前兩張表顯示在右側。(第二個桌子上的路徑沒有繪製,因為它的尺寸比不是最簡的形式。) 

5 如果球的寬度是2個單位,並且長寬尺寸不能減少到最簡的形式,那麼球會在哪個角結束? 6 畫一組七張撞球桌,寬度為3個單位,長度為1、2、3、4、5、6和7個單位。在每一張桌子上畫出球的路徑,這些桌子的尺寸不能減少到更低的項。   

8 畫一組七張撞球桌,寬度為4個單位,長度為1、2、3、4、5、6和7個單位。在每一張桌子上畫出球的路徑,這些桌子的尺寸不能減少到更低的項。 

        

綜合我們以往經驗,你所了解的撞球最終將在哪個角落結束的規則是基於最簡單形式桌面尺寸(也就是桌子的長寬比值)。

在下面的練習中,我們將考慮尺寸可以降為最簡項的桌子。             

你能用你的認知(第一部分10-12問的歸納)來預測下面桌子的正確落腳點嗎?解釋每種情況下的原因或原因。   

5  為什麼沒能總結長度和寬度都是偶數的的桌子的規律?    


這裡有三張長寬相等的桌子。如果沒有繪製路徑,如何預測每種情況下的正確角點?      

下面的數字代表巨大的撞球桌尺寸。你認為球會在每張桌子的哪個角落結束?請解釋每種情況。       

假設我們把撞球從 起杆開始 算第一次撞擊,落入角落的球洞 算最後一次撞擊,則中間每次在桌子邊緣反彈次數加上起始和入洞的兩次就是不同桌面尺寸會產生的不同「撞擊」次數。

那麼在上面的第一個桌面上有三次「撞擊」,在第二個桌子上有五次「撞擊」。      

1  看下面的兩張桌子尺寸,計算每一張桌子所產生的「撞擊」次數;

2  參考這四個例子,編寫一個規則,根據桌子的尺寸來預測每個桌面會發生的「撞擊」數。            

相關焦點

  • 這個數學問題,打一局撞球就解決了
    而在娛樂數學中,數學撞球是一種利用幾何手段來確定兩個自然數的最大公因數和最小公倍數的方法。這也是動態撞球領域中軌跡分析的一個簡單例子。數學撞球是我們平時在普通撞球桌上打球的一個理想化的產物。在數學撞球中,球會遵循和普通撞球一樣的規律彈跳,但是這時的球本身是沒有質量的,因而也不會有摩擦存在。同時桌邊和桌角也沒有球袋來吞球,這意味著球會在球桌的側邊無限次地彈來彈去,永不停息。數學撞球的一個迷人之處,在於它提供給我們一種用於尋找兩個自然數的最大公因數和最小公倍數的幾何手段。
  • 高中數學說課稿:《平面動點的軌跡》
    平 面 動 點的 軌 跡 說 課 稿杜重成 福州第三中學一、教學目標(一)知識與技能1、進一步熟練掌握求動點軌跡方程的基本方法。2、體會數學實驗的直觀性、有效性,提高几何畫板的操作能力。(二)過程與方法1、培養學生觀察能力、抽象概括能力及創新能力。2、體會感性到理性、形象到抽象的思維過程。3、強化類比、聯想的方法,領會方程、數形結合等思想。
  • 高中數學說課稿:《平面動點的軌跡》範文
    【導讀】平 面 動 點的 軌 跡 說 課 稿 杜重成 福州第三中學 一、教學目標 (一)知識與技能 1、進一步熟練掌握求動點軌跡方程的基本方法。2、體會數學實驗的直觀性、有效性,提高几何畫板的操作能力。(二)過程與方法1、培養學生觀察能力、抽象概括能力及創新能力。2、體會感性到理性、形象到抽象的思維過程。3、強化類比、聯想的方法,領會方程、數形結合等思想。
  • 高中數學求解軌跡方程方法
    高三數學期末考知識點總結軌跡,包含兩個方面的問題:凡在軌跡上的點都符合給定的條件,這叫做軌跡的純粹性(也叫做必要性);凡不在軌跡上的點都不符合給定的條件,也就是符合給定條件的點必在軌跡上,這叫做軌跡的完備性(也叫做充分性).
  • 高中數學中求軌跡方程的常用方法
    1、在平面內到兩定點的距離相等的點的軌跡是連接兩定點的線段的垂直平分線;2、平面內到角的兩邊距離相等的點的軌跡是這個角的平分線;3、平面內到定點的距離等於定長的的點的軌跡是以定點為圓心,以定長為半徑的圓;4、平面內到定點的距離與到定直線的距離之比等於常數e(定點不在定直線上)點的軌跡是圓錐曲線.當e>1時,表示雙曲線;當e=1時,表示拋物線
  • 在爆炸中釋放壓力,物理力學為基礎的解謎遊戲——《毀滅的藝術》
    這一切作為無關於邪惡,不過是一種宣洩情緒追求快感的欲望,也是藏著內心深處的破壞本能,在破壞之後會讓我們產生驕傲的心理,滿足了自己的徵服欲,在破壞美感中又創造了破壞的藝術。破壞也總是要付出代價的,宣洩情緒的出口並不容易獲取,但是我們可以在虛擬世界裡任意模擬破壞,在遊戲《毀滅的藝術》裡,玩家們可以盡情去創造自己的藝術品,然後去親自毀掉,參與並欣賞這個毀滅的藝術。
  • 用數學語言解釋症狀發展軌跡,終結自陳量表
    用數學語言解釋症狀發展軌跡,終結自陳量表 2020-12-18 10:58 來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
  • 撞球桌尺寸 撞球桌標準尺寸
    撞球桌相信大家都有所了解吧,撞球桌是打撞球使用到的桌子,在市場上撞球桌的種類是比較多的,很多喜歡打撞球的朋友都想選擇一款合適的撞球桌,那麼一般來說撞球桌尺寸是多少呢,撞球桌品牌哪些比較好呢,以及撞球桌在選購的時候要注意哪些事項呢,下面我們就來為大家介紹下吧。
  • 軌跡方程
    而對求曲線的方程的一般步驟:建立適當的坐標系,用有序實數對(x,y)表示曲線上任意一點M的坐標;寫出適合條件P的點M的集合P={M|p(M)};用坐標表示條件P(M),列出方程f(x,y)=0;化方程f(x,y)=0為最簡形式;說明以化簡後的議程的解為坐標的點都在曲線上。即說明軌跡方程求解的一般步驟,後來有老師在學生學習中總結出軌跡方程求解的一系列方法。
  • Kinect新玩法:給撞球桌增添聲光效果
    一張普通的撞球桌怎樣能獲得更加炫酷的體驗呢?來自日本的一家公司在SXSW遊戲展上帶來了新創意。這張撞球桌配備了Kinect攝像頭、投影機、音響系統,為玩家帶來了完全不同的炫酷體驗。Kinect新玩法:給撞球桌增添聲光效果(圖片來自Engadget)
  • 馮氏撞球理論宇宙學
    撞球我上中學的時候流行在街上擺一個撞球桌,撞球是一項非常時髦的運動。這些小球雖然大小不一,在宇宙中是以三維的方式分布,也就是說,我們可以把宇宙裡面所有的原子看成是一桌三維的、數量巨大的撞球。當宇宙大爆炸的第一推動力,產生了各種原子以後,這些原子就不停的運動下去,就好比是一桌撞球,當我們打了第一桿以後,假設沒有摩擦力最多,撞球也會不停的運動下去,互相之間碰撞。
  • 初一下數學:生活中的數學,解密鏡子、撞球中的軸對稱現象
    歡迎來到百家號「米粉老師說數學」,生活處處有數學,是學習數學的現實意義之一。現實生活中的鏡子、生活玩樂中的撞球,物理中的光的反射,同樣也蘊藏著數學問題,今天我們來說一說它們與初一下知識「軸對稱」的關係。
  • 高中數學:動點軌跡方程求解方法總結,假期學習必備!
    在高中數學中的軌跡,主要包含兩個方面的問題,凡在軌跡上的點都符合給定的條件都叫做軌跡的純粹性。而不在軌跡上的點都不符合給定的條件,也就是符合給定條件的點必在軌跡上,這叫做軌跡的完備性。軌跡方程就是與幾何軌跡對應的代數描述。符合一定條件的動點所形成的圖形,或者說,符合一定條件的點的全體所組成的集合,叫做滿足該條件的點的軌跡。在這裡重點要掌握常用求軌跡方法,難點是軌跡的定型及其純粹性和完備性的討論。
  • 2016高考數學軌跡方程的求解知識點
    2016高考數學軌跡方程的求解知識點 2015-10-14 14:40 來源:精品學習網 作者:
  • 「物理幾乎不及格的撞球選手」:伊瓦爾·賈埃弗
    不為人知的諾獎花絮 【「物理幾乎不及格的撞球選手」:伊瓦爾·賈埃弗】(因驗證量子隧穿效應榮膺1973年諾貝爾物理學獎) 賈埃弗在讀大學期間就是學校裡「大名鼎鼎」的人物:他不翻書、不喜歡聽課,不是在撞球房就是在棋牌室,就這樣混到期末、混到畢業,結果數學成績不好,物理也不及格。因此,在他獲獎後,有記者稱「一個物理、數學都幾乎不及格的撞球和橋牌能手,居然獲得諾貝爾獎!」
  • 受虐類跑酷、藝術向解謎和視覺衝擊的競速遊戲
    其實前兩天彈丸論破系列製作人小高和剛的互動影像新作《終結降臨》也登陸了手機平臺,但卻褒貶不一,有人批判匱乏的內容體量,有人認為解謎劇情可圈可點。由於筆者還沒來及玩,具體的大家可以看看 TapTap 上的評價,這裡就不做介紹啦。 「邊受虐邊真香系列」《心靈恐懼》 你的生活經驗都來自於直覺嗎?
  • 遇見數學|紀念瑪麗安·米爾札哈尼 : 抽象曲面的堅韌探險家
    雖然身材嬌小,但是不屈不撓,米爾扎哈尼在數學家中有著用頑強的毅力去解決自己領域最困難問題的美譽。米爾扎哈尼的博士導師哈佛大學柯蒂斯·麥克馬倫(Curtis McMullen)說:「當涉及到數學,她有一種初生牛犢不怕虎的雄心。」米爾扎哈尼聲音低沉而穩重,有一雙灰藍色的眼睛,充滿了堅定不移的自信。她性情平靜,很謙虛。
  • 用創客教育的理念學習數學
    創客教育是一種鼓勵學生發現問題、探究問題並通過創造實體解決問題的新興教育方式。學生在製作產品的過程中,經常會用到科學、技術、工程和數學等跨學科的知識。隨著創客運動的深入開展,許多教師也嘗試用創客教育的理念改造現有的學科教學,讓學生在動手創造中建構學科的概念和理解。本期我們將通過幾個例子討論創客教育理念在數學教學中的應用。
  • 在黑暗童話裡面尋找希望,《彩虹墜入》用影子戲法打造解謎遊戲
    《彩虹墜入》曾經獲得過中央美術學院評定的"文化藝術傳播獎",因為出色的美術風格賦予了遊戲更多的能力和榮譽,也肯定了菲菲的創作風格。整個遊戲都是黑白色調,遊戲的名字卻有"彩虹"二字,因為"Iris"這個詞衍生含義也有彩虹的意思,Iris原本的設計也是一個擁有色彩的形象,而進入劇院中卻也成了黑白色,解謎的過程也是尋找色彩的路途。
  • 高中數學:軌跡方程難不難?看完這篇文章就不難!
    軌跡,包含兩個方面的問題:凡在軌跡上的點都符合給定的條件,這叫做軌跡的純粹性(也叫做必要性);凡不在軌跡上的點都不符合給定的條件,也就是符合給定條件的點必在軌跡上,這叫做軌跡的完備性(也叫做充分性)。二、求動點的軌跡方程的常用方法:求軌跡方程的方法有多種,常用的有直譯法、定義法、相關點法、參數法和交軌法等。⒈直譯法:直接將條件翻譯成等式,整理化簡後即得動點的軌跡方程,這種求軌跡方程的方法通常叫做直譯法。⒉定義法:如果能夠確定動點的軌跡滿足某種已知曲線的定義,則可利用曲線的定義寫出方程,這種求軌跡方程的方法叫做定義法。