【梦幻联动】方程法解行程×二次函数×和定差小积大

网上有家长提问:

两辆车分别从甲乙两地同时出发相向而行,快车行80km后和慢车在途中丙地相遇,相遇后慢车立即掉头与快车继续向乙地行驶,当快车到达乙地时,两车最远可能相距几千米?

他说:

“⑨老师麻烦看下这道行程问题,我知道可以用比例做但是必须要用字母来表示才行啊,那如果我用方程的话,比如设慢车走了x千米,方程中好像会出现x的平方?如果方程没错的话,难道是要解二次方程吗?”

【思路】

1、这是一道正比例模型的行程问题;

2、我们需要用到多个字母来表达正比例关系(比例方程);

3、通过比例关系得到目标的二次函数表达式;

4、联动最值原理“和定差小积大”可得到表达式的最值.

【步骤】

①不要怕字母多,充分运用比例可以约掉大部分字母;②目标函数含有x的二次项,因式分解后联动最值原理方可破解.  

【详解】

1、行程问题一定要画行程图,画一条直线段,一端是甲地,另一端是乙地,中间靠右是丙地[1];

2、快车以v1的速度从甲出发,慢车以v2的速度从乙出发,两车经历了共同的时间t1后相遇于丙地,那么甲地到丙地的距离与丙地到乙地的距离之比就是v1×t1∶v2×t1=v1∶v2;[2]

3、接下来考虑行程图丙乙段内部,相遇后两车同时同地从丙地出发向乙地行驶,快车车速仍是v1,慢车车速仍是v2,设快车经历了t2的时间从丙地到乙地,那么在相同的t2时间里,快车走的距离与慢车走的距离之比就是v1×t2∶v2×t2=v1∶v2;[3]

4、第2条中“甲丙”比“丙乙”等于v1∶v2,第3条中“丙乙”比“相遇后慢车路程”[4]也等于v1∶v2,于是联立成比例[5]——甲丙∶丙乙=丙乙∶相遇后慢车路程;

5、已知“甲丙”是80km,另设“丙乙”为x km,比例可重写为——

80∶x=x∶相遇后慢车路程;

6、将比例写成分数形式[6]——

80/x=x/相遇后慢车路程;

7、接着等式两边取倒数[7]——

x/80=相遇后慢车路程/x;

8、然后等式两边扩x倍[8]——

(x/80)×(x)=(相遇后慢车路程/x)×(x)

x²/80=相遇后慢车路程;

9、观察行程图丙乙段,快车到达乙地时,两车之间的距离是“丙乙”减去“相遇后慢车路程”,即——

x-x²/80;

10、两车相距:

x-x²/80

=80x/80-x²/80

=(80x-x²)/80

=x(80-x)/80;

11、相遇后当快车到达乙地,慢车与快车的距离是一个关于x的二次表达式“x-x²/80”,将它因式分解为“x(80-x)/80”,然后注意到分子“x”部分与“80-x”部分,这两部分若是相加会得到固定的和[9];

12、根据最值原理“和定差小积大”——

①当“x”与“80-x”的差距越来越小时,它们的乘积越来越大;

②当“x”等于“80-x”即x=80-x也就是x=40时,它们的乘积最大;

③当“x”与“80-x”的乘积最大时,表达式“x(80-x)/80”也达到最大;

④当表达式“x(80-x)/80”达到最大时,相遇后两车距离“x-x²/80”也达到最大;

13、将“x=40”代入相遇后两车距离表达式“x-x²/80”最终可得——

x-x²/80

=x(80-x)/80

=40×40/80

=20 (千米)

答:两车最远可能相距20千米.

【总结】

1、这是一道正比例模型的行程问题,记得画行程图来梳理比例关系;

2、我们需要用到多个字母来表达正比例关系,但不要怕字母多,充分运用比例可以约掉大部分字母;

3、最终我们得到的并非方程而是一个目标函数[10];

4、目标函数含有x的二次项,并非线性[11];

5、尝试将目标函数“x-x²/80”合并为一项“(80x-x²)/80”再因式分解成“x(80-x)/80”;

6、既然是求最值,联想到最值原理“和定差小积大”;

7、代入最值条件“x=40”,最终求出两车最远距离.

【参考】

1^因为从出发到相遇的相同时间内快车比慢车走的路程多,所以相遇地点丙地应该在中点偏右,但在实际画图时丙地又应该尽量靠中点,这样才能方便在丙乙段内部画出第二阶段的细节.

2^这是一个经典的正比例相遇模型:快车走了v1×t1千米,慢车走了v2×t1千米,两车运动的时间相等,根据比的性质(比的前项与后项同时除以相同的非零数比值不变),约去相同的时间t1,快、慢车的路程之比即速度之比.

3^这同样是一个正比例模型:快车走了v1×t2千米,慢车走了v2×t2千米,两车运动的时间相等,根据比的性质(比的前项与后项同时除以相同的非零数比值不变),约去相同的时间t2,快、慢车的路程之比即速度之比.

4^相遇后慢车路程也就是慢车折返距离,也就是相遇后慢车掉头从丙地出发开往乙地,当快车到乙地时慢车已经走过的路程.

5^比值相等的两个比可以写成比例,例如,1:2的比值是1/2,2:4的比值是1/2,于是1:2=2:4.

6^比“a∶b”等于除法“a÷b”也等于分数“a/b”.

7^若分子分母不为0的两个分数相等,则它们的倒数仍然相等,例如1/2=2/4→2/1=4/2=2.

8^等式的性质:等式两边同时乘一个数仍然保持相等.

9^x+(80-x)=80.

10^我们的目标是求两车相距几千米,而题目条件不足以得到关于这个距离的方程(含有x的等式),只能得到两车距离的表达式“x-x²/80”,我们把这个含有x的表达式叫做目标函数.

11^也就是不能简单认为x越大,目标函数越大.

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