关于狗撵兔子的奥数题,请教高明。


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送交者: OldMountains 于 2010-03-12, 10:03:21:

我列出的是常微分方程组,但是解不出积分显式(当然如果作为工程问题已经算解决了)。自检没觉得有什么疏漏。如果是奥数题,不应该到微分方程的程度,看不出窍门来。

条件一:狗在任何一点永远是速度方向朝兔子(合理假定是,狗不可能预测兔子的轨道),这就是说它和兔子的连线斜率正是它自己轨道的切线斜率。
条件二:狗是匀速运动,所以它的轨道对时间的弧微分(也就是速度标量)是常数。

假定兔子从原点沿x轴以速度R向右跑,狗在y轴Y0点以速度D向兔子跑。在任意时点t,兔子的坐标是(Rt,0),狗的坐标是(x,y)。则根据条件一,有等式

dy/dx = y/(x-Rt) (1)

根据条件二,有等式

(dx/dt)^2+(dy/dt)^2 = D^2 (2)


这个微分方程组可以整理为:

dx/dt = D(x-Rt)/{(x-Rt)^2+y^2}^(1/2) (1)
dy/dt = Dy/{(x-Rt)^2+y^2}^(1/2) (2)

进一步的定积分解不出来了。

上面x、y都是时间t的函数。理论上,消解了t,就只剩下x和y,就是轨道函数S(x,y)了。

看不出怎样避免微分方程来解题。请教高明。




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