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1.3.2 数学模型的建立[2]
为了确定起见,我们以这个正方形中心为原点建立平面直角坐标系,并假设旋转开始时(角度
,四个桌脚点
、
、
、
中
、
位于
轴上,则
、
位于
轴
上。旋转角度
后,点
、
、
、
变到点
、
、
、
(图 1-5),显
然,随着
的改变,方桌的位置也跟着改变,从而桌脚与地面距离也随之改变。注意到试验结果,尽
管方桌有四只脚,因而有四个距离,但对于每个角度,总有点
、
同时着地而
、
点不同
时着地或
、
点同时着地,而
、
点不同时着地,故只要设两个距离函数即可。
、
两脚与地面距离之和为
,
、
两脚与地面距离之和为
,且作为距离
函数的
,
均为非负函数。
由假设 4,
与
均为连续函数。而由假设 3,对任一角度
,恒有
而
或
而
,即对
,
成立。又为证明存在角度
,使
,
同时成立,还需要条件支持。注意到在初始位置
,
或
,
或
,
,而旋转 90 度后,两组条件恰好交换。如
此,方桌通过旋转改变位置能放稳的证明,便归结为证明如下的数学命题:
已知
是
的连续函数,对任意
,
且
时
时
。
求证:存在
,使
。
这就是方桌问题的数学模型。易见只需引进一个变量
及其一元函数
,
,便把模
型条件和结论用简单又精确的数学语言表述出来。从而形成所需要的数学模型。
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