學(xué)習(xí)了反比例函數(shù)以后,我們知道反比例函數(shù)的圖象是雙曲線,并且對于圖象上任意一點(diǎn) P ,過點(diǎn) P 分別作 x 軸 ??y 軸的垂線,與坐標(biāo)軸圍成的矩形面積恒等于 ∣k∣ 在建造廣東省始興縣柑梓園山上的革命烈士紀(jì)念碑的過程中,建筑工人就利用了雙曲線的這一特性。首先,工人根據(jù)雙曲線的數(shù)學(xué)模型定位關(guān)鍵點(diǎn);然后,用建筑材料將這些關(guān)鍵點(diǎn)之間的曲線部分精心填補(bǔ),最終完美呈現(xiàn)了紀(jì)念碑的曲線造型
生活中處處可見曲線的身影。它們或柔美流暢,或剛勁有力,以不同的形態(tài)服務(wù)于我們的生活。今天,我們將目光投向另一種充滿魅力的曲線一擺線。
如圖1,洗手盆邊緣的這條曲線蘊(yùn)藏著什么樣的數(shù)學(xué)價(jià)值呢?
取一塊紙板,將其一側(cè)緊密貼合洗手盆邊緣的這條曲線,并用剪刀按照這條曲線裁剪
然后,用相同材質(zhì)的紙板,裁剪出一條直線以及兩條具有不同弧度的曲線,注意讓這些線條的起始位置與結(jié)束位置保持一致。如圖2所示,最外側(cè)的一條即為按照洗手盆裁剪出的曲線。
將四個小鋼珠分別放在各軌道的頂端,然后,同時(shí)釋放,觀察小鋼珠脫離紙板的順序,做好記錄。重復(fù)這一實(shí)驗(yàn),進(jìn)而確定哪條曲線軌道上的小鋼珠最快脫離紙板
通過實(shí)驗(yàn),我們會驚奇地發(fā)現(xiàn),按照洗手盆所裁剪出的曲線軌道上的小鋼珠最快脫離紙板,而這恰好完美契合了洗手盆快速排水的功能需求。在數(shù)學(xué)領(lǐng)域,我們稱這條神奇的曲線為擺線,又名旋輪線。它是某個圓沿著一條固定直線做無滑動滾動時(shí),圓周上某一定點(diǎn)的運(yùn)動軌跡,如圖3。在物理學(xué)中,人們賦予它“最速降線”的稱謂,以此強(qiáng)調(diào)在重力作用下,物體沿該曲線下降耗時(shí)最少的特性。
事實(shí)上,早在中國古代,智慧的匠人和學(xué)者們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這條曲線的精妙之處,并加以運(yùn)用。從傳統(tǒng)建筑中飛檐的流暢弧線,到水車車輪轉(zhuǎn)動時(shí)劃出的優(yōu)美軌跡;從古代機(jī)械的精密設(shè)計(jì),到園林藝術(shù)中的匠心布局,旋輪線的身影無處不在,
(作者單位:江蘇省昆山市城北中學(xué))