Question

一位電腦動畫愛好者設(shè)計了一個“貓捉老鼠”的動畫游戲．如圖所示，在一個邊長為a的大立方體木箱的一個頂角G上，老鼠從貓的爪間跳出，選擇一條最短的路線，沿著木箱的棱邊奔向洞口，洞口處在方木箱的另一頂角A處．若老鼠在奔跑中保持速度大小v不變，并不重復(fù)走過任一條棱邊及不再回到G點(diǎn)．聰明的貓也選擇了一條最短的路線奔向洞口（設(shè)貓和老鼠同時從G點(diǎn)出發(fā)），則貓奔跑的速度為多大時，貓恰好在洞口再次捉住老鼠？

Answer 1

【答案】分析：這是一個立體的追及問題，如果用求極值的方法是很繁瑣的，但如果轉(zhuǎn)換一下物理情境把大立方體展開鋪平如圖所示，就會發(fā)現(xiàn)GA連線就是貓追老鼠的最短踐線，這樣問題就變得非常簡單了．
解答：解：經(jīng)過分析可知，老鼠從頂角G點(diǎn)出發(fā)，走過的最短路程x=3a （三條棱），貓走的最短路程如圖所示：
由題意可知：由于貓與老鼠同時抵達(dá)洞口A，即：，
代入數(shù)據(jù)得：=
所以貓的速度．


點(diǎn)評：科學(xué)合理的數(shù)學(xué)變換將物理情景進(jìn)行轉(zhuǎn)換，是解決物理問題的方式之一；數(shù)學(xué)變換只是一種工具，還需要服務(wù)于物理意義或適用范圍