Пусть движение первого тела характеризуется величинами s 1 , v 1 , t 1 , а движение второго – s 2 , v 2 , t 2 . Такое движение можно представить на схематическом чертеже: v 1 , t 1 t встр. v 2 , t 2
Если два объекта начинают движение одновременно навстречу друг другу, то каждое из них с момента движения и до встречи затрачивает одинаковое время – время встречи , т.е. t 1= t 2= t встр.
Расстояние, на которое сближаются движущиеся объекты за единицу времени, называется скоростью сближения, т.е. v сбл.= v 1 +v 2 .
Расстояние между телами можно выразить так: s=s 1 +s 2 .
Все расстояние, пройденное движущимися телами при встречном движении, может быть рассчитано по формуле: s=v сбл. t встр. .
Пример . Решим задачу: «Два пешехода одновременно вышли навстречу друг другу из двух пунктов, расстояние межу которыми 18км. Скорость одного их них 5км/ч, другого – 4км/ч. Через сколько часов они встретятся?»
Решение: В задаче рассматривается движение на встречу двух пешеходов. Один идет со скоростью 5км/ч, другой – 4км/ч. Путь, который они должны пройти, 18км. Требуется найти время, через которое они встретятся, начав движение одновременно.
| Участники движения | Скорость | Время | Расстояние |
| Первый пешеход | 5км/ч | ?ч - одинаковое | 18 км |
| Второй пешеход | 4км/ч |
Так как скорости пешеходов известны, можно найти их скорость сближения: 5+4=9(км/ч). Затем, зная скорость сближения и расстояние, которое им нужно пройти, можно найти время, через которое пешеходы встретятся: 189=2(ч).
Задачи на движение двух тел в одном направлении.
Среди таких задач различают два типа: 1) движение начинается одновременно из разных пунктов; 2) движение начинается в время из одного пункта.
Пусть движение первого тела характеризуется величинами s 1 , v 1 , t 1 , а движение второго – s 2 , v 2 , t 2 . Такое движение можно представить на схематическом чертеже:
v 1 , t 1 v 2 , t 2 t встр.
Если при движении в одном направлении первое тело догоняет второе, то v 1 v 2 , кроме того, за единицу времени первый объект приближается к другому на расстояние v 1 -v 2 . Это расстояние называют скоростью сближения : v сбл. =v 1 -v 2 .
Расстояние между телами можно выразить формулами: s= s 1 - s 2 и s= v сбл. t встр.
Пример . Решим задачу: «Из двух пунктов, удаленных друг от друга на расстояние 30км. Скорость одного 40км/ч, другого 50км/ч. Через сколько часов второй мотоциклист догонит первого?»
Решение: В задаче рассматривается движение двух мотоциклистов. Выехали они одновременно из разных пунктов, находящихся на расстоянии 30км.Скорость одного 40км/ч, другого 50км/ч. Требуется узнать, через сколько часов второй мотоциклист догонит первого.
Вспомогательные модели могут быть разными – схематический чертеж (см. выше) и таблица:
Зная скорость обоих мотоциклистов можно узнать их скорость сближения: 50-40=10(км/ч). Затем зная скорость сближения и расстояние между мотоциклистами найдем время, за которое второй мотоциклист догонит первого: 3010=3(ч).
Приведем пример задачи, в которой описывается вторая ситуация движения двух тел в одном направлении.
Пример . Решим задачу: «В 7ч из Москвы со скоростью 60км/ч вышел поезд. В 13ч следующего дня в том же направлении вылетел самолет со скоростью 780км/ч. Через какое время самолет догонит поезд?»
Решение: В задаче рассматривается движение поезда и самолета в одном направлении из одного пункта, но в разное время. Известно, что скорость поезда 60км/ч, скорость самолета – 780км/ч; время начала движения поезда 7ч, а самолета 13ч следующего дня. Требуется узнать, через какое время самолет догонит поезд.
Из условия задачи следует, что к моменту вылета самолета поезд прошел определенное расстояние. Если его найти, то данная задача становится аналогичной предыдущей задаче.
Что бы найти это расстояние нужно подсчитать, сколько времени находился в пути поезд: 24-7+13=30(ч). Зная скорость поезда и время, которое он был в пути до вылета самолеты, можно найти расстояние между поездом и самолетом: 6030=1800(км). Затем найдем скорость сближения поезда и самолета: 780-60=720(км/ч). И далее, время, через которое самолет догонит поезд: 1800720=2,5(ч).
Наиболее трудным и наименее формализованным в задаче автоматической классификации является момент, связанный с определением понятия однородности объектов.
В общем случае понятие однородности объектов определяется заданием правила вычисления величины характеризующей либо расстояние между объектами из исследуемой совокупности либо степень близости (сходства) тех же объектов. Если задана функция , то близкие в смысле этой метрики объекты считаются однородными, принадлежащими к одному классу. Естественно, при этом необходимо сопоставление с некоторым пороговым значением, определяемым в каждом конкретном случае по-своему.
Аналогично используется для формирования однородных классов и упомянутая выше мера близости при задании которой нужно помнить о необходимости соблюдения следующих естественных требований: требования симметрии требования максимального сходства объекта с самим собой и требования при заданной метрике монотонного убывания по , т. е. из должно с необходимостью следовать выполнение неравенства
Конечно, выбор метрики (или меры близости) является узловым моментом исследования, от которого решающим образом зависит окончательный вариант разбиения объектов на классы при заданном алгоритме разбиения. В каждой конкретной задаче этот выбор должен производиться по-своему. При этом решение данного вопроса зависит в основном от главных целей исследования, физической и статистической природы вектора наблюдений X, полноты априорных сведений о характере вероятностного распределения X. Так, например, если из конечных целей исследования и из природы вектора X следует, что понятие однородной группы естественно интерпретировать как генеральную совокупность с одновершинной плотностью (полигоном частот) распределения, и если к тому же известен общий вид этой плотности, то следует воспользоваться общим подходом, описанным в гл. 6. Если, кроме того, известно, что наблюдения извлекаются из нормальных генеральных совокупностей с одной и той же матрицей ковариаций, то естественной мерой отдаленности двух объектов друг от друга является расстояние махаланобисского типа (см. ниже).
В качестве примеров расстояний и мер близости, сравнительно широко используемых в задачах кластер-анализа, приведем здесь следующие.
Общий вид метрики махаланобисского типа. В общем случае зависимых компонент вектора наблюдении X и их различном значимости в решении вопроса об отнесении объекта (наблюдения) к тому или иному классу обычно пользуются обобщенным («взвешенным») расстоянием махаланобисского типа, задаваемым формулой
Здесь - ковариационная матрица генеральной совокупности, из которой извлекаются наблюдения а А - некоторая симметричная неотрицательно-онределенная матрица «весовых» коэффициентов , которая чаще всего выбирается диагональной .
Следующие три вида расстояний, хотя и являются частными случаями метрики все же заслуживают специального описания.
Обычное евклидово расстояние
К ситуациям, в которых использование этого расстояния можно признать оправданным, прежде всего относят следующие:
наблюдения X извлекаются из генеральных совокупностей, описываемых многомерным нормальным законом с ковариационной матрицей вида т. е. компоненты X взаимно независимы и имеют одну и ту же дисперсию;
компоненты вектора наблюдении X однородны по своему физическому смыслу, причем установлено, например с помощью опроса экспертов, что все они одинаково важны с точки зрения решения вопроса об отнесении объекта к тому или иному классу;
признаковое пространство совпадает с геометрическим пространством нашего бытия, что может быть лишь в случаях , и понятие близости объектов соответственно совпадает с понятием геометрической близости в этом пространстве, например классификация попаданий при стрельбе по цели.
«Взвешенное» евклидово расстояние
Обычно применяется в ситуациях, в которых так или иначе удается приписать каждой из компонент вектора наблюдений X некоторый неотрицательный «вес» .
Определение весов связано, как правило, с дополнительным исследованием, например получением и использованием обучающих выборок, организацией опроса экспертов и обработкой их мнений, использованием некоторых специальных моделей. Попытки определения весов только по информации, содержащейся в исходных данных , как правило, не дают желаемого эффекта, а иногда могут лишь отдалить от истинного решения. Достаточно заметить, что в зависимости от весьма тонких и незначительных вариаций физической и статистической природы исходных данных можно привести одинаково убедительные доводы в пользу двух диаметрально противоположных решений этого вопроса - выбирать пропорционально величине среднеквадратической ошибки признака либо пропорционально обратной величине среднеквадратической ошибки этого же признака .
Хеммингово расстояние. Используется как мера различия объектов, задаваемых дихотомическими признаками. Оно задается с помощью формулы
и, следовательно, равно числу несовпадений значений соответствующих признаков в рассматриваемых объектах.
Другие меры близости для дихотомических признаков.
Меры близости объектов, описываемых набором дихотомических признаков, обычно основаны на характеристиках , где - число нулевых (единичных) компонент, совпавших в объектах X, и Так, например, если из каких-либо профессиональных соображений или априорных сведений следует, что все признаков исследуемых объектов можно считать равноправными, а эффект от совпадения или несовпадения нулей такой же, что и от совпадения или несовпадения единиц, то d качестве меры близости объектов используют величину
Весьма полный обзор различных мер близости объектов, описываемых дихотомическими признаками, читатель найдет в .
Меры близости и расстояния, задаваемые с помощью потенциальной функции. Во многих задачах математической статистики, теории вероятностей, физической теории потенциала и теории распознавания образов, или классификации многомерных наблюдений, оказываются полезными некоторые специально устроенные функции от двух векторных переменных X и Y, а чаще всего просто от расстояния между этими переменными, которые будем называть потенциальными.
Так, например, если пространство всех мыслимых значений исследуемого вектора X разбито на полную систему непересекающихся односвязных компактных множеств или однородных классов и потенциальная функция определена для следующим образом:
В противном случае, то с помощью этой функции удобно строить обычные эмпирические гистограммы (оценки плотности распределения по имеющимся наблюдениям Действительно, легко видеть, что
где - число наблюдений, попавших в класс содержащий точку - объем области (геометрическая интерпретация для одномерного случая показана на рис. 5.1).
Если в исследуемом факторном пространстве задана метрика , то можно не связывать себя заранее зафиксированным разбиением на классы, а задавать как монотонно убывающую функцию расстояния .
Например,
Приведем здесь еще лишь одну достаточно общую форму связи между , в которой расстояние выступает как функция некоторых значений потенциальной функции К:
Рис. 5.1, Гистограмма построенная с помощью разбиения на группы выборочной одномерной совокупности
В частности, выбрав в качестве скалярное произведение векторов U и V, т. е. положив
получим по формуле (5.3) обычное евклидово расстояние .
Легко понять, что и в случае задания потенциальной функции в виде соотношений (5.2) формулы (5.1) позволяют строить статистические оценки плотности распределения (5.1), хотя график функции будет уже не ступенчатым, а сглаженным. При отсутствии метрики в пространстве функции могут быть использованы в качестве меры близости объектов и и V, а также объектов и целых классов и классов между собой.
В первом случае эта мера позволяла получить лишь качественный ответ: объекты близки, если U и V принадлежат одному классу, и объекты далеки - в противном случае; в двух других случаях мера близости является количественной характеристикой.
О физически содержательных мерах близости объектов. В некоторых задачах классификации объектов, не обязательно описываемых количественно, естественнее использовать в качестве меры близости объектов (или расстояния между ними) некоторые физически содержательные числовые параметры, так или иначе характеризующие взаимоотношения между объектами. Примером может служить задача классификации с целью агрегирования отраслей народного хозяйства, решаемая на основе матрицы межотраслевого баланса . Таким образом, классифицируемым объектом в данном примере является отрасль народного хозяйства, а матрица межотраслевого баланса представлена элементами где под подразумевается сумма годовых поставок в денежном выражении отрасли в . В качестве матрицы близости в этом случае естественно взять, например, симметризованную нормированную матрицу межотраслевого баланса. При этом под нормировкой понимается преобразование, при котором денежное выражение поставок из отрасли в заменяется долей этих поставок по отношению ко всем поставкам отрасли. Симметризацию же нормированной матрицы межотраслевого баланса можно проводить различными способами. Так, например, в близость между отраслями выражается либо через среднее значение их взаимных нормированных поставок, либо через комбинацию из их взаимных нормированных поставок.
О мерах близости числовых признаков (отдельных факторов). Решение задач классификации многомерных данных, как правило, предусматривает в качестве предварительного этапа исследования реализацию методов, позволяющих существенно сократить размерность исходного факторного пространства, выбрать из компонент наблюдаемых векторов X сравнительно небольшое число наиболее существенных, наиболее информативных. Для этих целей бывает полезно рассмотреть каждую из компонент качестве объекта, подлежащего классификации. Дело в том, что разбиение признаков на небольшое число однородных в некотором смысле групп позволит исследователю сделать вывод, что компоненты, входящие в одну группу, в определенном смысле сильно связаны друг с другом и несут информацию о каком-то одном свойстве исследуемого объекта.
Следовательно, можно надеяться, что не будет большого ущерба в информации, если для дальнейшего исследования оставим лишь по одному представителю от каждой такой группы.
Чаще всего в подобных ситуациях в качестве мер близости между отдельными признаками так же как и между наборами таких признаков, используются различные характеристики степени их коррелированности и в первую очередь коэффициенты корреляции. Проблеме сокращения размерности анализируемого признакового пространства специально посвящен раздел III книги. Более подробно вопросы построения и использования расстояний и мер близости между отдельными объектами рассмотрены в .
Итак, допустим, наши тела двигаются в одном направлении. Как ты думаешь, сколько случаев может быть для такого условия? Правильно, два.
Почему так получается? Уверена, что после всех примеров ты с легкостью сам разберешься, как вывести данные формулы.
Разобрался? Молодец! Пришло время решить задачу.
Четвертая задача
Коля едет на работу на машине со скоростью км/ч. Коллега Коли Вова едет со скоростью км/ч. Коля от Вовы живет на расстоянии км.
Через сколько времени Вова догонит Колю, если из дома они выехали одновременно?
Посчитал? Сравним ответы - у меня получилось, что Вова догонит Колю через часа или через минут.
Сравним наши решения...
Рисунок выглядит вот таким образом:
Похож на твой? Молодец!
Так как в задаче спрашивается, через сколько ребята встретились, а выехали они одновременно, то время, которое они ехали, будет одинаковым, так же как место встречи (на рисунке оно обозначено точкой). Составляя уравнения, возьмем время за.
Итак, Вова до места встречи проделал путь. Коля до места встречи проделал путь. Это понятно. Теперь разбираемся с осью передвижения.
Начнем с пути, который проделал Коля. Его путь () на рисунке изображен как отрезок. А из чего состоит путь Вовы ()? Правильно, из суммы отрезков и, где - изначальное расстояние между ребятами, а равен пути, который проделал Коля.
Исходя из этих выводов, получаем уравнение:
Разобрался? Если нет, просто прочти это уравнение еще раз и посмотри на точки, отмеченные на оси. Рисунок помогает, не правда ли?
часа или минут минут.
Надеюсь, на этом примере ты понял, насколько важную роль играет грамотно составленный рисунок!
А мы плавно переходим, точнее, уже перешли к следующему пункту нашего алгоритма - приведение всех величин к одинаковой размерности.
Правило трех «Р» - размерность, разумность, расчет.
Размерность.
Далеко не всегда в задачах дается одинаковая размерность для каждого участника движения (как это было в наших легких задачках).
Например, можно встретить задачи, где сказано, что тела двигались определенное количество минут, а скорость их передвижения указана в км/ч.
Мы не можем просто взять и подставить значения в формулу - ответ получится неверный. Даже по единицам измерения наш ответ «не пройдет» проверку на разумность. Сравни:
Видишь? При грамотном перемножении у нас также сокращаются единицы измерения, и, соответственно, получается разумный и верный результат.
А что происходит, если мы не переводим в одну систему измерения? Странная размерность у ответа и % неверный результат.
Итак, напомню тебе на всякий случай значения основных единиц измерения длины и времени.
Единицы измерения длины:
сантиметр = миллиметров
дециметр = сантиметров = миллиметров
метр = дециметров = сантиметров = миллиметров
километр = метров
Единицы измерения времени:
минута = секунд
час = минут = секунд
сутки = часа = минут = секунд
Совет: Переводя единицы измерения, связанные с временем (минуты в часы, часы в секунды и т.д.) представь в голове циферблат часов. Невооруженным глазом видно, что минут это четверть циферблата, т.е. часа, минут это треть циферблата, т.е. часа, а минута это часа.
А теперь совсем простенькая задача:
Маша ехала на велосипеде из дома в деревню со скоростью км/ч на протяжении минут. Какое расстояние между машиным домом и деревней?
Посчитал? Правильный ответ - км.
минут - это час, и еще минут от часа (мысленно представил себе циферблат часов, и сказал, что минут - четверть часа), соответственно - мин = ч.
Разумность.
Ты же понимаешь, что скорость машины не может быть км/ч, если речь, конечно, идет не о спортивном болиде? И уж тем более, она не может быть отрицательной, верно? Так вот, разумность, это об этом)
Расчет.
Посмотри, «проходит» ли твое решение на размерность и разумность, и только потом проверяй расчеты. Логично же - если с размерностью и разумностью получается несостыковочка, то проще все зачеркнуть и начать искать логические и математические ошибки.
«Любовь к таблицам» или «когда рисунка недостаточно»
Далеко не всегда задачи на движение такие простые, как мы решали раньше. Очень часто, для того, чтобы правильно решить задачу, нужно не просто нарисовать грамотный рисунок, но и составить таблицу со всеми данными нам условиями.
Первая задача
Из пункта в пункт, расстояние между которыми км, одновременно выехал велосипедист и мотоциклист. Известно, что в час мотоциклист проезжает на км больше, чем велосипедист.
Определите скорость велосипедиста, если известно, что он прибыл в пункт на минут позже, чем мотоциклист.
Вот такая вот задача. Соберись, и прочитай ее несколько раз. Прочитал? Начинай рисовать - прямая, пункт, пункт, две стрелочки…
В общем рисуй, и сейчас сравним, что у тебя получилось.
Пустовато как-то, правда? Рисуем таблицу.
Как ты помнишь, все задачи на движения состоят из компонентов: скорость, время и путь . Именно из этих граф и будет состоять любая таблица в подобных задачах.
Правда, мы добавим еще один столбец - имя , про кого мы пишем информацию - мотоциклист и велосипедист.
Так же в шапке укажи размерность , в какой ты будешь вписывать туда величины. Ты же помнишь, как это важно, правда?
У тебя получилась вот такая таблица?
Теперь давай анализировать все, что у нас есть, и параллельно заносить данные в таблицу и на рисунок.
Первое, что мы имеем - это путь, который проделали велосипедист и мотоциклист. Он одинаков и равен км. Вносим!
Возьмем скорость велосипедиста за, тогда скорость мотоциклиста будет …
Если с такой переменной решение задачи не пойдет - ничего страшного, возьмем другую, пока не дойдем до победного. Такое бывает, главное не нервничать!
Таблица преобразилась. У нас осталась не заполнена только одна графа - время. Как найти время, когда есть путь и скорость?
Правильно, разделить путь на скорость. Вноси это в таблицу.
Вот и заполнилась наша таблица, теперь можно внести данные на рисунок.
Что мы можем на нем отразить?
Молодец. Скорость передвижения мотоциклиста и велосипедиста.
Еще раз перечитаем задачу, посмотрим на рисунок и заполненную таблицу.
Какие данные не отражены ни в таблице, ни на рисунке?
Верно. Время, на которое мотоциклист приехал раньше, чем велосипедист. Мы знаем, что разница во времени - минут.
Что мы должны сделать следующим шагом? Правильно, перевести данное нам время из минут в часы, ведь скорость дана нам в км/ч.
Магия формул: составление и решение уравнений - манипуляции, приводящие к единственно верному ответу.
Итак, как ты уже догадался, сейчас мы будем составлять уравнение .
Составление уравнения:
Взгляни на свою таблицу, на последнее условие, которое в нее не вошло и подумай, зависимость между чем и чем мы можем вынести в уравнение?
Правильно. Мы можем составить уравнение, основываясь на разнице во времени!
Логично? Велосипедист ехал больше, если мы из его времени вычтем время движения мотоциклиста, мы как раз получим данную нам разницу.
Это уравнение - рациональное. Если не знаешь, что это такое, прочти тему « ».
Приводим слагаемые к общему знаменателю:
Раскроем скобки и приведем подобные слагаемые:Уф! Усвоил? Попробуй свои силы на следующей задаче.
Решение уравнения:
Из этого уравнения мы получаем следующее:
Раскроем скобки и перенесем все в левую часть уравнения:
Вуаля! У нас простое квадратное уравнение. Решаем!
Мы получили два варианта ответа. Смотрим, что мы взяли за? Правильно, скорость велосипедиста.
Вспоминаем правило «3Р», конкретнее «разумность». Понимаешь о чем я? Именно! Скорость не может быть отрицательной, следовательно, наш ответ - км/ч.
Вторая задача
Два велосипедиста одновременно отправились в -километровый пробег. Первый ехал со скоростью, на км/ч большей, чем скорость второго, и прибыл к финишу на часов раньше второго. Найти скорость велосипедиста, пришедшего к финишу вторым. Ответ дайте в км/ч.
Напоминаю алгоритм решения:
- Прочитай задачу пару раз - усвой все-все детали. Усвоил?
- Начинай рисовать рисунок - в каком направлении они двигаются? какое расстояние они прошли? Нарисовал?
- Проверь, все ли величины у тебя одинаковой размерности и начинай выписывать кратко условие задачи, составляя табличку (ты же помнишь какие там графы?).
- Пока все это пишешь, думай, что взять за? Выбрал? Записывай в таблицу! Ну а теперь просто: составляем уравнение и решаем. Да, и напоследок - помни о «3Р»!
- Все сделал? Молодец! У меня получилось, что скорость велосипедиста - км/ч.
-«Какого цвета твоя машина?» - «Она красивая!» Правильные ответы на поставленные вопросы
Продолжим наш разговор. Так какая там скорость у первого велосипедиста? км/ч? Очень надеюсь, что ты сейчас не киваешь утвердительно!
Внимательно прочти вопрос: «Какая скорость у первого велосипедиста?»
Понял, о чем я?
Именно! Полученный - это не всегда ответ на поставленный вопрос!
Вдумчиво читай вопросы - возможно, после нахождения тебе нужно будет произвести еще некоторые манипуляции, например, прибавить км/ч, как в нашей задаче.
Еще один момент - часто в задачах все указывается в часах, а ответ просят выразить в минутах, или же все данные даны в км, а ответ просят записать в метрах.
Смотри за размерностью не только в ходе самого решения, но и когда записываешь ответы.
Задачи на движение по кругу
Тела в задачах могут двигаться не обязательно прямо, но и по кругу, например, велосипедисты могут ехать по круговой трассе. Разберем такую задачу.
Задача №1
Из пункта круговой трассы выехал велосипедист. Через минут он еще не вернулся в пункт и из пункта следом за ним отправился мотоциклист. Через минут после отправления он догнал велосипедиста в первый раз, а еще через минут после этого догнал его во второй раз.
Найдите скорость велосипедиста, если длина трассы равна км. Ответ дайте в км/ч.
Решение задачи №1
Попробуй нарисовать рисунок к этой задаче и заполнить для нее таблицу. Вот что получилось у меня:
Между встречами велосипедист проехал расстояние, а мотоциклист - .
Но при этом мотоциклист проехал ровно на один круг больше, это видно из рисунка:
Надеюсь, ты понимаешь, что по спирали они на самом деле не ездили - спираль просто схематически показывает, что они ездят по кругу, несколько раз проезжая одни и те же точки трассы.
Разобрался? Попробуй решить самостоятельно следующие задачи:
Задачи для самостоятельной работы:
- Два мо-то-цик-ли-ста стар-ту-ют од-но-вре-мен-но в одном на-прав-ле-нии из двух диа-мет-раль-но про-ти-во-по-лож-ных точек кру-го-вой трас-сы, длина ко-то-рой равна км. Через сколь-ко минут мо-то-цик-ли-сты по-рав-ня-ют-ся в пер-вый раз, если ско-рость од-но-го из них на км/ч боль-ше скорости дру-го-го?
- Из одной точки кру-го-вой трас-сы, длина ко-то-рой равна км, од-н-времен-но в одном на-прав-ле-нии стар-то-ва-ли два мотоциклиста. Ско-рость пер-во-го мотоцикла равна км/ч, и через минут после стар-та он опе-ре-дил вто-рой мотоцикл на один круг. Най-ди-те ско-рость вто-ро-го мотоцикла. Ответ дайте в км/ч.
Решения задач для самостоятельной работы:
- Пусть км/ч — ско-рость пер-во-го мо-то-цик-ли-ста, тогда ско-рость вто-ро-го мо-то-цик-ли-ста равна км/ч. Пусть пер-вый раз мо-то-цик-ли-сты по-рав-ня-ют-ся через часов. Для того, чтобы мо-то-цик-ли-сты по-рав-ня-лись, более быст-рый дол-жен пре-одо-леть из-на-чаль-но раз-де-ля-ю-щее их рас-сто-я-ние, рав-ное по-ло-ви-не длины трас-сы.
Получаем, что время равно часа = минут.
- Пусть ско-рость вто-ро-го мотоцикла равна км/ч. За часа пер-вый мотоцикл про-шел на км боль-ше, чем вто-рой, соответственно, получаем уравнение:
Скорость второго мотоциклиста равна км/ч.
Задачи на течение
Теперь, когда ты отлично решаешь задачи «на суше», перейдем в воду, и рассмотрим страаашные задачи, связанные с течением.
Представь, что у тебя есть плот, и ты спустил его в озеро. Что с ним происходит? Правильно. Он стоит, потому что озеро, пруд, лужа, в конце концов, - это стоячая вода.
Скорость течения в озере равна .
Плот поедет, только если ты сам начнешь грести. Та скорость, которую он приобретет, будет собственной скоростью плота. Неважно куда ты поплывешь - налево, направо, плот будет двигаться с той скоростью, с которой ты будешь грести. Это понятно? Логично же.
А сейчас представь, что ты спускаешь плот на реку, отворачиваешься, чтобы взять веревку…, поворачиваешься, а он … уплыл...
Это происходит потому что у реки есть скорость течения , которая относит твой плот по направлению течения.
Его скорость при этом равна нулю (ты же стоишь в шоке на берегу и не гребешь) - он движется со скоростью течения.
Разобрался?
Тогда ответь вот на какой вопрос - «С какой скоростью будет плыть плот по реке, если ты сидишь и гребешь?» Задумался?
Здесь возможно два варианта.
1-й вариант - ты плывешь по течению.
И тогда ты плывешь с собственной скоростью + скорость течения. Течение как бы помогает тебе двигаться вперед.
2-й вариант - ты плывешь против течения.
Тяжело? Правильно, потому что течение пытается «откинуть» тебя назад. Ты прилагаешь все больше усилий, чтобы проплыть хотя бы метров, соответственно скорость, с которой ты передвигаешься, равна собственная скорость - скорость течения.
Допустим, тебе надо проплыть км. Когда ты преодолеешь это расстояние быстрее? Когда ты будешь двигаться по течению или против?
Решим задачку и проверим.
Добавим к нашему пути данные о скорости течения - км/ч и о собственной скорости плота - км/ч. Какое время ты затратишь, двигаясь по течению и против него?
Конечно, ты без труда справился с этой задачей! По течению - час, а против течения аж часа!
В этом и есть вся суть задач на движение с течением .
Несколько усложним задачу.
Задача №1
Лодка с моторчиком плыла из пункта в пункт часа, а обратно - часа.
Найдите скорость течения, если скорость лодки в стоячей воде - км/ч
Решение задачи №1
Обозначим расстояние между пунктами, как, а скорость течения - как.
| Путь S | Скорость v, км/ч |
Время t, часов |
|
| A -> B (против течения) | 3 | ||
| B -> A (по течению) | 2 |
Мы видим, что лодка проделывает один и тот же путь, соответственно:
Что мы брали за?
Скорость течения. Тогда это и будет являться ответом:)
Скорость течения равна км/ч.
Задача №2
Байдарка в вышла из пункта в пункт, расположенный в км от. Пробыв в пункте час минут, байдарка отправилась назад и вернулась в пункт в.
Определите (в км/ч) собственную скорость байдарки, если известно, что скорость течения реки км/ч.
Решение задачи №2
Итак, приступим. Прочитай задачу несколько раз и сделай рисунок. Думаю, ты без труда сможешь решить это самостоятельно.
Все величины у нас выражены в одном виде? Нет. Время отдыха у нас указано и в часах, и в минутах.
Переведем это в часы:
час минут = ч.
Теперь все величины у нас выражены в одном виде. Приступим к заполнению таблицы и поиску того, что мы возьмем за.
Пусть - собственная скорость байдарки. Тогда, скорость байдарки по течению равна, а против течения равна.
Запишем эти данные, а так же путь (он, как ты понимаешь, одинаков) и время, выраженное через путь и скорость, в таблицу:
| Путь S | Скорость v, км/ч |
Время t, часов |
|
| Против течения | 26 | ||
| По течению | 26 |
Посчитаем, сколько времени байдарка затратила на свое путешествие:
Все ли часов она плыла? Перечитываем задачу.
Нет, не все. У нее был отдых час минут, соответственно, из часов мы вычитаем время отдыха, которое, мы уже перевели в часы:
ч байдарка действительно плыла.
Приведем все слагаемые к общему знаменателю:
Раскроем скобки и приведем подобные слагаемые. Далее решаем получившееся квадратное уравнение.
С этим, я думаю, ты тоже справишься самостоятельно. Какой ответ у тебя получился? У меня км/ч.
Подведем итоги
ПРОДВИНУТЫЙ УРОВЕНЬ
Задачи на движение. Примеры
Рассмотрим примеры с решениями для каждого типа задач.
Движение с течением
Одни из самых простых задач - задачи на движение по реке . Вся их суть в следующем:
- если движемся по течению, к нашей скорости прибавляется скорость течения;
- если движемся против течения, из нашей скорости вычитается скорость течения.
Пример №1:
Катер плыл из пункта A в пункт B часов а обратно - часа. Найдите скорость течения, если скорость катера в стоячей воде км/ч.
Решение №1:
Обозначим расстояние между пунктами, как AB, а скорость течения - как.
Все данные из условия занесем в таблицу:
| Путь S | Скорость v, км/ч |
Время t, часов | |
| A -> B (против течения) | AB | 50-x | 5 |
| B -> A (по течению) | AB | 50+x | 3 |
Для каждой строки этой таблицы нужно записать формулу:
На самом деле, можно не писать уравнения для каждой из строк таблицы. Мы ведь видим, что расстояние, пройденное катером туда и обратно одинаково.
Значит, расстояние мы можем приравнять. Для этого используем сразу формулу для расстояния:
Часто приходится использовать и формулу для времени:
Пример №2:
Против течения лодка проплывает расстояние в км на час дольше, чем по течению. Найдите скорость лодки в стоячей воде, если скорость течения равна км/ч.
Решение №2:
Попробуем сразу составить уравнение. Время против течения на час больше, чем время по течению.
Это записывается так:
Теперь вместо каждого времени подставим формулу:
Получили обычное рациональное уравнение, решим его:
Очевидно, что скорость не может быть отрицательным числом, значит, ответ: км/ч.
Относительное движение
Если какие-то тела движутся друг относительно друга, часто бывает полезно посчитать их относительную скорость. Она равна:
- сумме скоростей, если тела движутся навстречу друг другу;
- разности скоростей, если тела движутся в одном направлении.
Пример №1
Из пунктов A и B одновременно навстречу друг другу выехали два автомобиля со скоростями км/ч и км/ч. Через сколько минут они встретятся. Если расстояние между пунктами км?
I способ решения:
Относительная скорость автомобилей км/ч. Это значит, что если мы сидим в первом автомобиле, то он нам кажется неподвижным, но второй автомобиль приближается к нам со скоростью км/ч. Так как между автомобилями изначально расстояние км, время, через которое второй автомобиль проедет мимо первого:
II способ решения:
Время от начала движения до встречи у автомобилей, очевидно, одинаковое. Обозначим его. Тогда первый автомобиль проехал путь, а второй - .
В сумме они проехали все км. Значит,
Другие задачи на движение
Пример №1:
Из пункта А в пункт В выехал автомобиль. Одновременно с ним выехал другой автомобиль, который ровно половину пути ехал со скоростью на км/ч меньшей, чем первый, а вторую половину пути он проехал со скоростью км/ч.
В результате автомобили прибыли в пункт В одновременно.
Найдите скорость первого автомобиля, если известно, что она больше км/ч.
Решение №1:
Слева от знака равно запишем время первого автомобиля, а справа - второго:
Упростим выражение в правой части:
Поделим каждое слагаемое на АВ:
Получилось обычное рациональное уравнение. Решив его, получим два корня:
Из них только один больше.
Ответ: км/ч.
Пример №2
Из пункта A круговой трассы выехал велосипедист. Через минут он еще не вернулся в пункт А и из пункта А следом за ним отправился мотоциклист. Через минут после отправления он догнал велосипедиста в первый раз, а еще через минут после этого догнал его во второй раз. Найдите скорость велосипедиста, если длина трассы равна км. Ответ дайте в км/ч.
Решение:
Здесь будем приравнивать расстояние.
Пусть скорость велосипедиста будет, а мотоциклиста - . До момента первой встречи велосипедист был в пути минут, а мотоциклист - .
При этом они проехали равные расстояния:
Между встречами велосипедист проехал расстояние, а мотоциклист - . Но при этом мотоциклист проехал ровно на один круг больше, это видно из рисунка:
Надеюсь, ты понимаешь, что по спирали они на самом деле не ездили- спираль просто схематически показывает, что они ездят по кругу, несколько раз проезжая одни и те же точки трассы.
Полученные уравнения решаем в системе:
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ
1. Основная формула
2. Относительное движение
- Это сумма скоростей, если тела движутся навстречу друг другу;
- разность скоростей, если тела движутся в одном направлении.
3. Движение с течением :
- Если движемся по течению, к нашей скорости прибавляется скорость течения;
- если движемся против течения, из скорости вычитается скорость течения.
Мы помогли тебе разобраться с задачами на движение...
Теперь твой ход...
Если ты внимательно прочитал текст и прорешал самостоятельно все примеры, готовы спорить, что ты все понял.
И это уже половина пути.
Напиши внизу в комментариях разобрался ли ты с задачами на движение?
Какие вызывают наибольшие трудности?
Понимаешь ли ты, что задачи на "работу" - это почти тоже самое?
Напиши нам и удачи на экзаменах!
Отрезки, прямые
Черти с ней скорей-ка!
Поля без труда
Проведет вам... (линейка)
Три стороны и три угла.
И знает каждый школьник:
Фигура называется,
Конечно, ... (треугольник)
Чтобы сумму получить,
Нужно два числа... (сложить)
Если что-то забираем,
Числа, дети,... (вычитаем)
Если больше раз так в пять,
Числа будем... (умножать)
Если меньше, стало быть,
Числа будем мы... (делить)
Если попадет в дневник —
Провинился ученик:
Длинный нос, одна нога,
Будто Бабушка-Яга.
Портит в дневнике страницу
Всем отметка...(«единица»)
Длинный нос, как клюв у птицы -
Это цифра... («единица»)
Колами, что в моей тетрадке,
Я выстрою забор на грядке.
Я получать их мастерица,
Моя отметка... («единица»)
За отметку эту будет
Дома мне головомойка.
Я скажу вам по секрету:
Цифра с буквой «3» похожи,
Как двойняшки, посмотри.
Даже перепутать можно
Буву «3» и цифру... («три»)
Столько ножек у стола
И углов в квартире,
Догадались, детвора?
Их всегда... (четыре)
Отметки лучше не сыскать!
«Отлично» — это значит... («пять»)
Разрешит сегодня мама
После школы мне гулять.
Я — не много и не мало —
Получил отметку... («пять»)
У цифры голова — крючок,
И даже брюшко есть.
Крючок похож на колпачок,
Перекладину вдоль тела
Цифра на себя надела.
По ветру косынка развевается.
Так похожа на матрешку —
Туловище с головешкой.
— Что за цифра? — Сразу спросим.
— Ну конечно, цифра... («восемь»)
Появилась вдруг в тетрадке
«Шесть» на голове — ... (девятка)
Думает он, что король,
А на самом деле — ... (ноль)
У нее нет ничего:
Нет ни глаз, ни рук, ни носа,
Состоит она всего
Знает это целый мир:
Угол мерит... (транспортир)
Задача, где нужно соображать.
Ученик я хоть куда,
Не балую никогда,
Хоть я и не пионер,
Но ребятам всем... (пример)
Выполнил в тетради я
Четко, словно ритм,
Друг за другом действия.
Это... (алгоритм)
Я с большим старанием
Выполнил... (задание)
Эти знаки только в паре,
Круглые, квадратные.
Мы все время их встречаем,
Пишем многократно.
Заключаем, как в коробки,
Числа в... (скобки)
Это величина.
И только она одна
Размер поверхностей измеряет,
В граммах, килограммах тоже
Измерять ее мы можем. (Масса)
Сантиметров пять — величина,
Называется она... (длина)
Математики урок.
Только прозвенел звонок,
Мы за партами, и вот
Начинаем устный... (счет)
Нужно объяснять кому-то,
Что такое час? Минута?
С давних пор любое племя
Знает, что такое... (время)
Он точку окружности соединяет
С центром ее — это каждый ведь знает.
Он буквою «г» обозначается.
Неизвестное X, неизвестное Y,
Может, «минус» — все равно.
Складываем, вычитаем,
Так... мы решаем. (примеры)
Нужно знаки эти знать.
Десять их, но знаки эти
Арифметическое действие,
Обратное сложению,
Скажу вам без сомнения.
А в результате разность —
Не зря мои старания!
Пример решил я правильно,
И это... (вычитание)
Числа плюсом прибавляем
И ответ потом считаем.
Это действие —... (сложение)
Быстрота перемещения
Созвучна слову «ускорение».
Ответьте, дети, мне сейчас,
Скорость, время — величины знаем,
Результат всех наших знаний —
Посчитали... (расстояние)
Хожу и повторяю,
И снова вспоминаю:
Дважды два — четыре,
Пятью три — пятнадцать.
Чтобы все запомнить,
Нужно постараться.
Это достижение —... (таблица умножения)
Он двуногий, но хромой,
Чертит лишь ногой одной.
В центр встал второй ногой,
В нем четыре стороны,
Меж собою все равны.
С прямоугольником он брат,
Называется... (квадрат)
Циркуль, наш надежный друг,
Если пальцев не хватает,
Мне подружки сосчитают.
Их на парте разложу,
Хоть куда ее веди,
Это линия такая,
Без конца и без начала,
Называется... (прямая)
Он ограничен с двух сторон
И по линейке проведен.
Длину его измерить можно,
Знает каждый карапуз:
Знак сложенья — это... («плюс»)
Он состоит из точки и прямой.
И можем вам сказать сейчас,
Что 60 минут есть... (час)
У треугольника их три,
Но их четыре у квадрата.
Он развернутый бывает,
Острый может быть, тупой.
Просмотр содержимого документа
«Математические загадки.»
Загадки про математические принадлежности, про знаки математических действий, загадки о геометрических фигурах, загадки для детей от 9 до 12 лет. Загадки для школьников.
Отрезки, прямые
Черти с ней скорей-ка!
Поля без труда
Проведет вам... (линейка)
Три стороны и три угла.
И знает каждый школьник:
Фигура называется,
Конечно, ... (треугольник)
Чтобы сумму получить,
Нужно два числа... (сложить)
Если что-то забираем,
Числа, дети,... (вычитаем)
Если больше раз так в пять,
Числа будем... (умножать)
Если меньше, стало быть,
Числа будем мы... (делить)
Если попадет в дневник -
Провинился ученик:
Длинный нос, одна нога,
Будто Бабушка-Яга.
Портит в дневнике страницу
Всем отметка...(«единица»)
Длинный нос, как клюв у птицы –
Это цифра... («единица»)
Колами, что в моей тетрадке,
Я выстрою забор на грядке.
Я получать их мастерица,
Моя отметка... («единица»)
За отметку эту будет
Дома мне головомойка.
Я скажу вам по секрету:
Получил в тетради... («двойку»)
Цифра с буквой «3» похожи,
Как двойняшки, посмотри.
Даже перепутать можно
Буву «3» и цифру... («три»)
Столько ножек у стола
И углов в квартире,
Догадались, детвора?
Их всегда... (четыре)
Отметки лучше не сыскать!
«Отлично» - это значит... («пять»)
Разрешит сегодня мама
После школы мне гулять.
Я - не много и не мало -
Получил отметку... («пять»)
У цифры голова - крючок,
И даже брюшко есть.
Крючок похож на колпачок,
И эта цифра... («шесть»)
Яндекс.Директ
Перекладину вдоль тела
Цифра на себя надела.
По ветру косынка развевается.
Как, скажите, цифра называется? («Семь»)
Так похожа на матрешку -
Туловище с головешкой.
Что за цифра? - Сразу спросим.
Ну конечно, цифра... («восемь»)
Появилась вдруг в тетрадке
«Шесть» на голове - ... (девятка)
Думает он, что король,
А на самом деле - ... (ноль)
У нее нет ничего:
Нет ни глаз, ни рук, ни носа,
Состоит она всего
Из условия с вопросом. (Задача)
Знает это целый мир:
Угол мерит... (транспортир)
Задача, где нужно соображать.
Возможно, ее не придется решать.
Нужны здесь не знания, а смекалка,
И не поможет в решении шпаргалка.
Если случится в уме вдруг поломка,
Нерешенной останется... (головоломка)
Ученик я хоть куда,
Не балую никогда,
Хоть я и не пионер,
Но ребятам всем... (пример)
Выполнил в тетради я
Четко, словно ритм,
Друг за другом действия.
Это... (алгоритм)
Я с большим старанием
Выполнил... (задание)
Эти знаки только в паре,
Круглые, квадратные.
Мы все время их встречаем,
Пишем многократно.
Заключаем, как в коробки,
Числа в... (скобки)
Это величина.
И только она одна
Размер поверхностей измеряет,
В квадрате определяет. (Площадь)
В граммах, килограммах тоже
Измерять ее мы можем. (Масса)
Есть отрезок длинный, есть короче,
По линейке его чертим, между прочим.
Сантиметров пять - величина,
Называется она... (длина)
Математики урок.
Только прозвенел звонок,
Мы за партами, и вот
Начинаем устный... (счет)
Нужно объяснять кому-то,
Что такое час? Минута?
С давних пор любое племя
Знает, что такое... (время)
Он точку окружности соединяет
С центром ее - это каждый ведь знает.
Он буквою «г» обозначается.
А вы мне скажите, как он называется? (Радиус окружности)
Неизвестное X, неизвестное Y,
Их можно в равенствах повстречать.
И это, ребята, скажу вам, не игры,
Здесь нужно решенье всерьез отыскать.
С неизвестными равенства, без сомнения,
Называем, ребята, мы как? (Уравнения)
Три плюс три и пять плюс пять,
Есть знак «плюс» и знак «равно»,
Может, «минус» - все равно.
Складываем, вычитаем,
Так... мы решаем. (примеры)
Нужно знаки эти знать.
Десять их, но знаки эти
Сосчитают всё на свете. (цифры)
Арифметическое действие,
Обратное сложению,
Знак «минус» в нем задействован,
Скажу вам без сомнения.
А в результате разность -
Не зря мои старания!
Пример решил я правильно,
И это... (вычитание)
По-латыни это слово «меньше» означает,
А у нас-то этот знак числа вычитает. (Минус)
Числа плюсом прибавляем
И ответ потом считаем.
Если «плюс», то, без сомнения,
Это действие -... (сложение)
Быстрота перемещения
Созвучна слову «ускорение».
Ответьте, дети, мне сейчас,
Что значит 8 метров в час? (Скорость)
Если два объекта друг от друга далеко,
Километры между ними вычислим легко.
Скорость, время - величины знаем,
Их значения теперь перемножаем.
Результат всех наших знаний -
Посчитали... (расстояние)
Хожу и повторяю,
И снова вспоминаю:
Дважды два - четыре,
Пятью три - пятнадцать.
Чтобы все запомнить,
Нужно постараться.
Это достижение -... (таблица умножения)
Он двуногий, но хромой,
Чертит лишь ногой одной.
В центр встал второй ногой,
Чтоб не вышел круг кривой. (Циркуль)
Вместимость тела, часть пространства
Как называем мы? Понятно, то... (объем)
В нем четыре стороны,
Меж собою все равны.
С прямоугольником он брат,
Называется... (квадрат)
Циркуль, наш надежный друг,
Вновь в тетради чертит... (круг)
Раз, два, три, четыре, пять...
Если пальцев не хватает,
Мне подружки сосчитают.
Их на парте разложу,
И любой пример решу. (Счетные палочки)
Хоть куда ее веди,
Это линия такая,
Без конца и без начала,
Называется... (прямая)
Он ограничен с двух сторон
И по линейке проведен.
Длину его измерить можно,
И сделать это так несложно! (Отрезок)
Знает каждый карапуз:
Знак сложенья - это... («плюс»)
Он состоит из точки и прямой.
Ну, догадайтесь, кто же он такой?
Бывает, в дождик он пробьется из-за туч.
Теперь-то догадались? Это... (луч)
Мы на математике время изучали,
О минутах и секундах все-все-все узнали.
И можем вам сказать сейчас,
Что 60 минут есть... (час)
У треугольника их три,
Но их четыре у квадрата.
У всех квадратов меж собой они равны.
О чем я, догадаетесь, ребята? (Стороны)
Он развернутый бывает,
Острый может быть, тупой.
Как два луча, ребята, называют,
Идущие из точки из одной? (Угол)