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一道简单但极易出错的轨迹方程题,入坑者甚多!

2022-06-15 10:36 作者:现代微积分  | 我要投稿


示意图

如上图是一机械构造原理的示意图,有轻杆OA和AB(杆的厚度忽略不计),杆长分别为1和5,O(0,0)为固定端,A、B为可动端,且B位于x轴上

先将杆OA绕原点O旋转一周,牵连着杆AB运动,杆AB中点M的运动轨迹如下图所示,求M的轨迹方程?

大家可以先动笔做一做,再看下文的分析。


乍一看轨迹是个椭圆,下面我们定量分析求出方程。

(ps:下文中出现的C点也代表B点,自行纠正,换字母时忘记把文档中的C换回B了)

当A位于圆的最右端时,M达到轨迹的最右端

此时A(1,0),C(6,0),则M(7/2,0)


当A位于圆的最左端时,M达到轨迹的最左端

此时A(-1,0),C(4,0),则M(3/2,0)

则长轴=7/2-3/2=2,a=1

根据中位线,M到x轴距离为A到x轴距离的一半

当A位于圆的最高点时,M达到轨迹的最高点

此时A(0,1),b=yM=1/2


然而,轨迹方程真的是椭圆么?

说明前面的分析有问题!!!

我们在定性时默认轨迹是椭圆了,这便是问题根源所在!

我们凭直觉认为其是个椭圆,但在数学证明中,直觉并不是一种证明手段,前文的分析便是直觉出差错的体现!

那么求解该问题,正确的做法就是踏实地严谨地推理,踏实地运算!

这才是此题的正解!


不妨用坐标系画出该曲线图像

其中黑色的为真实轨迹,红色的为椭圆

通过对比我们发现椭圆轨迹和真实轨迹基本重合

那继续放大些呢?

这0.01数量级的偏差是如此地能蒙骗我们的双眼呀!

分析完此题,我们就该有所启示了。直觉并不是时刻都靠谱的,且直觉在数学中也绝非一种证明手段!因此在求学和研学过程中,必须秉持严谨至上的理念,切忌主观臆断!!!


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