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数学建模就在身边——不平地面放稳椅子的数学证明

发布时间:2026-07-08 浏览次数:0

长久以来,学生群体畏惧数学建模,实则它是解决生活问题的简易工具。

宿舍、教室的地面总有凹凸,四条腿椅子放上去总晃,挪两下就能四脚落地,你有没有想过:为什么随便转一转椅子,一定能同时四脚着地? 这是教材[1]1.5节经典连续函数建模例题。

模型简化假设:椅子四腿等长、连线为正方形;地面高度连续无台阶;任意位置至少三脚落地。

设旋转角度θ,定义两个函数:f(θ)为A、C两脚离地高度和,g(θ)为B、D两脚离地高度和,二者均为连续函数,且任意θ满足f(θ)g(θ)=0

构造差值函数h(θ)=f(θ)-g(θ),旋转90°后函数正负翻转,根据连续函数介值定理,必然存在一个角度θ0,使得f(θ0)=g(θ0)=0,即四脚同时落地。

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不用复杂高数推导,仅靠连续函数基础定理,就能解释日常不起眼的生活现象。日常挪动椅子找平稳位置,本质就是无意识地寻找数学上的最优旋转角。

你看,不需要复杂偏微分方程,也不需要高深的编程,只是用最基本的连续函数工具,就能解决真实生活的几何问题。

数学建模培训正在进行中,欢迎每一位善于观察、乐于思考的同学加入。你会发现,当你开始用数学的眼光看世界,连放椅子都藏着严谨数学逻辑。

参考文献:

[1] 姜启源等.《数学模型(第五版)》. 高等教育出版社,2018;1.5椅子放稳建模示例。

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