行程问题是小学数学思维训练的核心题型。行程问题的求解训练不仅可以把基本的数学方法融会贯通,还能应用到后续的其他问题的分析和求解过程。数学讲究“万变不离其宗”,而行程问题汇集了很多变化模式,可以让我们更深刻地理解“变”和“不变”之间的关联。
行程问题是小学阶段一类重要的思维训练题型。和差问题、倍数问题、盈亏问题、鸡兔同笼问题等都是大家比较熟悉的题型,它们的求解都是从一个最基本的思路出发,根据具体问题的条件设置做相应的变化。而不同的行程问题的求解能够体现前面几类问题的典型解题思想,而且行程问题的条件设置变化更多,因而能够更灵活地组合各种不同的解题思路。另一方面,在对行程问题的各种变化形态都理解透彻后,还可以把这些经验自然地运用到后续的其他问题类型中,例如工程问题。
正因如此,行程问题当之无愧地成为小学数学思维训练的核心题型。在开始学习行程问题以前,首先要通过和差问题等基本题型的学习积累基本的分析能力,然后通过对各种行程问题的求解训练把这些基本方法融会贯通,打磨好自己的思维之“剑”。铸剑过程一朝完成,就可以扬眉剑出鞘,应对其他问题的各种变化类型。数学讲究“万变不离其宗”,而行程问题汇集了很多变化模式,可以让我们更深刻地理解“变”和“不变”之间的关联。
下面我们来讨论一个行程问题的分析和求解过程。题目如下:
见下图。甲从A点出发,在AB之间不断往返。乙从C点出发,沿C-E-F-D-C的路径顺时针方向不断行走。甲和乙的速度分别是每秒5米和4米,各点之间的距离已经标注在图上。如果甲乙两人同时开始行走,甲第一次从背后追上乙的位置离C点多少米?
这道题来自群友 @老鹰,原始出处不详。感兴趣的读者可以自己先尝试思考和求解。作为分隔线,给大家分享一张笑脸集锦图,图中每个笑脸都暗含了一位数学家的代表性数学成就。来看看你能说出几个笑脸的含义吧。
分析:题目问的是甲从背后追上乙的位置,而甲和乙行走的共同路段只有CD这一段,所以首先要确定两人什么时候在这个路段上。此外,乙每次都从D向C走,而甲既可能从C走向D,也可能从D走向C。甲要从背后追上乙,必须是从D走向C。
甲要在DC段上追上乙,必须比乙迟进入DC段,而比乙早离开DC段。所以接下来我们要确定两人从D走向C的时间。甲在AB之间往返,其周期规律是每600米重复一次,而不是AB之间的距离300米,因为两个方向的意义是不一样的。而乙的周期规律是300米重复一次,即矩形CDFE的周长。
求解:根据甲和乙的行走速度,他们行走的时间周期分别是120秒(600÷5=120)和75秒(300÷4=75)。甲第一次从D走向C的时间段是“80秒~104秒”,即第80秒时从右向左经过D,第104秒时从右向左经过C;乙第一次从D走向C的时间段是“45秒~75秒”,即分别在第45秒和75秒从右向左经过D点和C点。也就是说,乙已经离开了DC段,甲才进入DC段。所以我们要继续列出他们后续在DC段上的时间范围。如下图。
从图中的数据可以看到,甲第二次经过DC段是“200秒~224秒”,乙第三次经过DC段是“195秒~225秒”,符合“甲比乙迟进入DC段,早离开DC段”的要求。甲比乙迟5秒到达D点(200-195=5),所以甲到达D点时乙已经离开D点20米(4×5=20)。甲每秒比乙多走1米,所以20秒后能追上乙,即离D点100米(5×20=100),这个位置离C点的距离是20米(120-100=20)。
点评:在这个问题中,用到的知识都是行程问题最基本的内容,解题过程有两个关键点,其一是把问题转换为符合要求的时间,其二是确定甲乙两人的行走周期。题目表面上是一个行程问题,但自然地嵌入了周期问题,然而只懂得套行程问题和周期问题的解题公式的学生,往往没有能力通过分析题目条件导出内层的周期问题。反之,一旦完成了周期问题的导出步骤,后续的具体求解就是手到擒来。
扩展和推广:虽然这个题目本身难度不算大,但我们可以在此基础上增加难度,例如修改甲乙的行走速度和各个路段的长度,或者改变提问对象。下面留两个问题作为习题。
不改变甲乙的行走速度和各路段长度等条件。试求:
1. 甲和乙第一次相遇的地点离C点多远?
2. 甲第二次从背后追上乙的地点离C点多远?
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