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這類數(shù)學(xué)題稱之為"棺材",兩個(gè)小時(shí)你可能做不出一道

 學(xué)霸數(shù)學(xué) 2022-05-25 發(fā)布于廣東

俄羅斯的軍工業(yè)非常強(qiáng),并不是其強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力,而是俄羅斯有世界上最好的數(shù)學(xué)家.在70年代左右,蘇聯(lián)最好的數(shù)學(xué)系之一莫斯科大學(xué)數(shù)學(xué)系因?yàn)檎猩臅r(shí)候其歧視猶太人,所以在招生考試的時(shí)候會(huì)單獨(dú)給猶太人出難題,而這類題目的目的不在于測(cè)試學(xué)生的數(shù)學(xué)水平,而純粹是為了讓猶太學(xué)生無法考上莫斯科大學(xué).而這些數(shù)學(xué)問題被稱為"棺材",非常有趣的名字.

當(dāng)然,這些題目是嚴(yán)格保密的,直到最近一些年當(dāng)年參與考試的一些猶太學(xué)生開始懼當(dāng)年的被稱之為棺材的題目,由于種族歧視而設(shè)立的入學(xué)測(cè)試題終被曝光.下面我來一睹題目的光彩吧:

分析:這是相對(duì)簡(jiǎn)單的一道題.表面看,它就是一個(gè)不等式.然而,你的解答時(shí),就會(huì)發(fā)現(xiàn)太難解了.感興趣的小伙伴們可以試著解答一下,看看能否順利解答.

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這種表面看起來簡(jiǎn)單的題,其實(shí)技巧性非常強(qiáng),直接硬解是無法深入下去的,作為測(cè)試題明顯過于繁瑣!

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分析:解一個(gè)方程,當(dāng)然,化簡(jiǎn)是核心問題.化簡(jiǎn)過程中會(huì)遇到各種阻礙,同學(xué)們可以繼續(xù)嘗試下去.

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3.給定三角形 ABC ,用尺規(guī)作圖找出 AB 上的一點(diǎn) K 以及 BC 上的一點(diǎn) M ,使得 AK = KM = MC 

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評(píng):題設(shè)不難,但要解答出來真不知道如何動(dòng)筆了,這樣的題目有夠刁鉆!我們看一下以下的解答吧,領(lǐng)略一下神題的答案.

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答案:先在 BC 上任取一個(gè)點(diǎn) M’ ,然后用圓規(guī)截取 AD = CM’ 。過 D 作 AC 的平行線,以 M’ 為圓心 M’C 為半徑作圓,與這條平行線交于點(diǎn) K’ 。過 K’ 作 AB 的平行線。

容易看出,此時(shí) A’K’ = K’M’ = M’C ,并且三角形 A’B’C 與整個(gè)大三角形 ABC 是相似的。如果以 C 為中心將 A’B’C 放大到 ABC ,就可以得到滿足要求的 K 點(diǎn)和 M 點(diǎn)了。

因此,我們延長(zhǎng) CK’ ,并把它與 AB 的交點(diǎn)記為點(diǎn) K ,這個(gè)點(diǎn) K 就是要求的點(diǎn)。既然 AK 的長(zhǎng)度知道了, M 點(diǎn)的位置也就確定了。

4.給定平面上的一個(gè)點(diǎn) M 以及一個(gè)角 XOY 。用尺規(guī)作圖確定出一條過 M 的直線,使得它與這個(gè)角的兩邊圍成的三角形周長(zhǎng)為一個(gè)給定值 p 。

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分析:此題同樣題設(shè)異常簡(jiǎn)單,一般初中生都能夠看懂,但要具體的作圖方法,可不是一個(gè)普通初中生可以搞定的.繼續(xù)看看答案如何:

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答案:在角的兩邊上分別作出 A 、 B 兩點(diǎn),使得 AO = BO = p / 2 。過 A 、 B 兩點(diǎn)分別作所在直線的垂線,兩垂線交于點(diǎn) C 。不難看出, AC 和 BC 的長(zhǎng)度相等。

事實(shí)上,如果以 C 為圓心作一個(gè)經(jīng)過 A 、 B 的圓,這個(gè)圓將正好和角 XOY 的兩邊切于 A 、 B 兩點(diǎn)。

現(xiàn)在,過 M 作這個(gè)圓的切線,將切點(diǎn)記為 T 。只需要注意到 PT = PA ,并且 QT = QB ,因此三角形 OPQ 的周長(zhǎng)就等于 AO + BO ,也就是 p 。

補(bǔ)充一下切線的作法:以 MC 為直徑作圓,與圓 C 交于點(diǎn) T 。于是 ∠CTM 是一個(gè)直角,因而 MT 就是切線。

5.給定一個(gè)等邊三角形 ABC ,以及三角形內(nèi)的一個(gè)點(diǎn) O ,滿足 ∠AOC = x , ∠BOC = y 。如果用線段 AO 、 BO 、 CO 組成一個(gè)三角形,它的各個(gè)內(nèi)角是多少(用 x 和 y 來表示)?

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分析:此題在現(xiàn)在的初中算是非常熟悉的題目,利用旋轉(zhuǎn)的方法可以解答出來.

答案:將整個(gè)三角形繞著點(diǎn) A 順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 60 度,把 B 和 O 的落點(diǎn)分別記作 B’ 和 O’ 。這樣的話, ∠AO’B 和 ∠BO’B’ 的角度也是 x 和 y ,并且 CO = BO’ 。

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另外,由于 AO 與 AO’ 長(zhǎng)度相等且夾角為 60 度,因此三角形 AOO’ 是等邊三角形, AO = OO’ 。

因此,三角形 BOO’ 的三邊長(zhǎng)度實(shí)際上就分別等于 AO 、 BO 、 CO 。根據(jù)已知條件很容易算出它的三個(gè)內(nèi)角度數(shù),它們分別是 x – 60° 、 y – 60° 和 300° – x – y 。

6.給定平面上的兩條相交直線。到這兩條直線的距離和等于某個(gè)給定值 p 的所有點(diǎn)將組成一個(gè)什么樣的圖形?

分析:字都認(rèn)識(shí),也知道在說啥,但就是不會(huì)做!

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答案:一個(gè)矩形。假設(shè)有一個(gè)等腰三角形 ABC ,底邊 BC 上有一個(gè)動(dòng)點(diǎn) P 。把三角形腰長(zhǎng)記為 l ,把 P 到兩腰的距離分別記作 PM 和 PN 。線段 AP 將三角形 ABC 分成了左右兩個(gè)小三角形,它們的面積和 (l · PM) / 2 + (l · PN) / 2 = l · (PM + PN) / 2 是一個(gè)定值(即整個(gè)三角形的面積),因此 PM + PN 也是一個(gè)定值。這個(gè)定值就是等腰三角形腰上的高。

7.能否在平面上放置六個(gè)點(diǎn),使得任意兩點(diǎn)之間的距離都是整數(shù),并且任意三點(diǎn)不共線?

答案:可以。我們先專心構(gòu)造出任意兩點(diǎn)之間的距離都是有理數(shù)的點(diǎn)集,再把所有點(diǎn)的坐標(biāo)都擴(kuò)大一個(gè)相同的倍數(shù)即可。把三邊長(zhǎng)分別為 3 、 4 、 5 的經(jīng)典直角三角形放在平面直角坐標(biāo)系上,斜邊放在 x 軸上,斜邊的中點(diǎn)和原點(diǎn)重合。那么,斜邊上的高 CH 一定是有理數(shù),因?yàn)橛擅娣e法可知它等于 AC · BC / AB 。另外,由于 △AHC 、 △BHC 、 △ABC 都是相似的,它們都是 3 : 4 : 5 的三角形,可知 AH 、 BH 也都是有理數(shù)。另外, C 到原點(diǎn) O 的距離也是有理數(shù),因?yàn)樗侵苯侨切涡边吷系闹芯€,它等于斜邊長(zhǎng)度的一半。

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現(xiàn)在,把 C 沿著 x 軸翻折到 C’ ,再把 C 和 C’ 分別沿 y 軸翻折到 D 和 D’ 。于是 A 、 B 、 C 、 C’ 、 D 、 D’ 就是滿足要求的六個(gè)點(diǎn)。為了去掉分母,我們需要把它們的坐標(biāo)都擴(kuò)大到原來的 10 倍,于是得到一個(gè)答案:(±25, 0) 以及 (±7, ±24) 。

事實(shí)上,我們有辦法構(gòu)造出平面上任意多個(gè)點(diǎn),使得它們兩兩之間距離都為整數(shù),同時(shí)任意三點(diǎn)都不共線。

8.給出 AB 、 BC 、 CD 、 DA 四條邊的長(zhǎng)度,以及 AB 和 CD 兩邊中點(diǎn)的連線長(zhǎng)度,用尺規(guī)作圖還原出四邊形 ABCD 來。

答案:讓我們先來看一個(gè)簡(jiǎn)單的問題:已知三角形其中兩邊的長(zhǎng)以及第三邊上的中線,如何用尺規(guī)作圖還原出這個(gè)三角形來?我們可以先倍長(zhǎng)中線 AD 到 E ,容易看出 BE 和 AC 平行且相等。我們已經(jīng)知道 AB 、 BE 和 AE 的長(zhǎng)度( AE 的長(zhǎng)度就是兩倍的 AD ),便能確定出三角形 ABE 來。然后,截取 AE 的一半 AD ,再把 BE 平移到 AC ,就得到要求的三角形 ABC 了。

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回到原問題。將 AB 的中點(diǎn)記為 E 。把 AD 和 BC 分別平移到 ED’ 和 EC’ 。于是, CC’ 和 DD’ 是平行且相等的(它們都平行且等于 AB 的一半),如果把 C’D’ 和 CD 的交點(diǎn)記作 F ,那么 △CC’F 和 △DD’F 是全等的, F 既是 CD 的中點(diǎn),又是 C’D’ 的中點(diǎn)。由于我們知道 EC’ 、 EF 、 ED’ 的長(zhǎng)度,用剛才的方法我們就能畫出三角形 EC’D’ 了。

9.給定線段 AB ,再預(yù)先給定一條與 AB 平行的直線。只用直尺作圖,將線段 AB 六等分。

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答案:在平行線上任取 C 、 D 兩點(diǎn)。我們可以用如下方法找出 CD 的中點(diǎn):先在平面上取一個(gè)點(diǎn) E ,然后依次作出 F 、 G 、 H 、 I 各點(diǎn),那么 I 就是 CD 的中點(diǎn)。

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現(xiàn)在,對(duì) CD 上的每一個(gè)小線段繼續(xù)平分下去,直到把 CD 分為八等分。用下圖的方法把 AB 分為六等分。

10.給定正方形各邊上的一個(gè)點(diǎn)。用尺規(guī)作圖恢復(fù)出這個(gè)正方形來。

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答案:假設(shè) A 、 B 、 C 、 D 依次是正方形四條邊上的點(diǎn)。過 B 作 AC 的垂線,截取 BD’ = AC 。那么, D’ 也在正方形上, D 和 D’ 的連線就是正方形的其中一條邊。剩下的事情就簡(jiǎn)單了。

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