王成功
一看到婀娜多姿、形態(tài)萬千的噴泉,我們的腦海里就會(huì)浮現(xiàn)出數(shù)學(xué)中的一條條拋物線,噴泉噴出的一條條優(yōu)美的水柱就是通過電流改變水壓,使得水流在水壓的作用下,噴射出一條條拋物線.
拋物線同樣也應(yīng)用于高臺(tái)跳水運(yùn)動(dòng),跳水運(yùn)動(dòng)員在空中的跳水軌跡呈拋物線,需要根據(jù)跳水的速度和二次函數(shù)的性質(zhì),計(jì)算出在空中可以做動(dòng)作的時(shí)間,這樣才能使運(yùn)動(dòng)員在跳水過程中有一個(gè)完美的運(yùn)動(dòng)弧線和精彩的表演動(dòng)作.
其實(shí)函數(shù)曲線在實(shí)際生活中的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些,隨處可見.
享有世界第一大斜拉橋盛譽(yù)的中國蘇通大橋,它是世界上規(guī)模最大、技術(shù)難度最高的斜拉橋,主跨度達(dá)1088m的雙塔斜拉橋,整個(gè)橋是由兩個(gè)主A型主橋墩,兩側(cè)用數(shù)十條斜拉鋼索連接而成,整個(gè)橋的設(shè)計(jì),充分運(yùn)用了力學(xué)原理,橋身設(shè)計(jì)以及斜拉鋼索的設(shè)計(jì),融入了函數(shù)曲線,盡顯抽象的美感,令世人震撼.
生活中,如刀削面機(jī)器人,其工作原理就是一個(gè)簡單的周期函數(shù).在工作中,把機(jī)器人手臂的擺動(dòng)曲線定義成一個(gè)周期函數(shù),再設(shè)定好每個(gè)周期t的一個(gè)固定值,這樣就可以進(jìn)行自動(dòng)削面了.
同樣在醫(yī)學(xué)上,心電圖、核磁共振等醫(yī)學(xué)機(jī)器的使用也是函數(shù)原理和函數(shù)曲線的直接應(yīng)用.例如核磁共振,通過檢查人的腦電波,形成核磁共振譜和紅外光譜,醫(yī)生通過分析光譜曲線,從而確定病人的病因.
現(xiàn)代臨床高場(3.0T)MRI掃描
在初等數(shù)學(xué)中研究的函數(shù)都是基本初等函數(shù)模型,其圖象也很簡單.為了讓函數(shù)更好地應(yīng)用于生活,服務(wù)于我們的生活,可以把簡單的函數(shù)及曲線進(jìn)行拓展和復(fù)合,二維的函數(shù)拓展到三維空間或五維空間.
如右圖所示的圖形,是通過先建立極坐標(biāo)系,定義一個(gè)含參數(shù)t的函數(shù)r=4cos(ct),然后畫出函數(shù)圖象得到的,你千萬不要認(rèn)為是空間圖形,其實(shí)它是一個(gè)地地道道的平面圖形.
下面的空間美圖是把某函數(shù)的圖象,沿著縱向伸展開,即把曲線從平面內(nèi)拓展到空間而形成的,從而實(shí)現(xiàn)從二維空間到三維空間的轉(zhuǎn)換.
把基本的初等函數(shù)圖象延伸至五維空間,這個(gè)過程必須借助于計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn),正是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合函數(shù)、參數(shù)設(shè)置從而可以電子模擬出多維空間的函數(shù)圖象,通過這些多維函數(shù)圖象,可以設(shè)計(jì)出全方位服務(wù)于我們生活的物品來.
形狀和輪胎一樣的圖形,往往不是一個(gè)函數(shù)和一個(gè)坐標(biāo)系所能解決的,這需要同時(shí)建立2~3個(gè)坐標(biāo)系,并借助于軟件命令對所畫圖形進(jìn)行著色才能達(dá)到預(yù)想的效果.當(dāng)然無論多么復(fù)雜的圖形,我們都可以對其建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,對復(fù)雜圖形進(jìn)行分解,從而通過基本初等函數(shù)的圖象來解決.
美輪美奐的函數(shù)圖象正在悄無聲息地進(jìn)入我們的視野,數(shù)學(xué)正在潛移默化地改變著我們的生活,只有留心我們的生活環(huán)境,才能真切感受到函數(shù)離我們那么近,也只有這樣才能激發(fā)我們學(xué)習(xí)的欲望和提升我們學(xué)習(xí)函數(shù)的興趣.