糖水不等式的探究与应用

作者: 大小吴

来源: 公众号:大小吴的数学课堂

发布日期: 2023-01-30 13:33:54

本文探讨了糖水不等式的定义、证明及其在生活中的应用,包括物理现象解释、数学小魔术和爱情表达等多个方面。

不等式是高中数学中非常重要的内容,其中也蕴含了许多非常有趣的问题。今天大小吴就和同学们一起来研究其中一种不等式——糖水不等式。

什么是糖水不等式?

假如现在有一份质量为a克的糖水,其中含有b克糖(a>b>0),则易知糖的质量与糖水质量的比为b/a。若再向其中添加m克糖(m>0),则这个比将变为一个显然的生活常识是:在添加的糖完全溶解的情况下,糖水会变甜,即于是我们根据这个实际背景,可以提炼出一个不等式:这便是糖水不等式的由来。

另外,如果考虑两杯浓度不同的糖水,一杯较淡,一杯较浓,那么混合后的糖水一定是比浓的更淡,同时又比淡的更浓,这样可以得到糖水不等式的推论:糖水不等式也可以理解为真分数的性质,对于一个真分数b/a,分子分母同时加上一个正数m,那么该分数就会变大,且所加的正数m越大,分数就越大,最终会无限趋近于1。

证明

我们知道,在数学中如果仅仅依靠“生活常识”是绝对不行的,上述糖水的例子充其量只是对不等式进行了直观的“解释”,而不能称为严格的证明。想要证明这个不等式,其实也是容易的。有除了作差,我们也可以作商另外,我们也可以通过数形结合的方式理解糖水不等式:如图,易知

生活中的糖水不等式

糖水不等式在生活中的应用:

案例1:升煤油中加入升水,液体密度会变大。这是一个显而易见的事实,那么如何通过数学来解释呢?首先,我们知道因此,由糖水不等式可得显然,混合后液体的密度是会变大的。

案例2:糖水不等式与数学小魔术。

请你现在想两个在1~10之间的正整数,然后按照如下规则填入下表中:第一格和第二格从小到大填这两个数字,第三格填第一格和第二格中数字的和,第四格填第二格和第三格中数字的和,依此类推...比如,你心里想的是4和6,那么表格就应该是这样:现在如果你告诉我第10个数,我一定能知道第9个数!你知道我是怎么猜到的吗?

假设你最初在表格中填写的数为a和b,那么表格将变为观察表格中第9个数和第10个数的比值,由糖水不等式的推论可知也即(约等于)那么所以我只要将表格中第10个数乘以0.618,再四舍五入便可得到第9个数字了。有同学可能已经想到其实这就是斐波那契数列,而这个魔术的原理便是运用到了斐波那契数列的性质。

案例3:糖水不等式与爱情。男孩爱慕着女孩,尽管这位男生在年龄上比女生小了整整两岁。

男生依然深情地对女生说:“亲爱的,我1个月大时,你25个月,我是你的1/25;我9个月大时,你33个月,我是你的3/11;我3岁时,你5岁,我是你的3/5;现在我20岁,你22岁,我是你的10/11。只要我们永远在一起,我们总是在慢慢接近……”多么可爱的男生,不仅懂爱情,更懂数学!用数学表达爱意,是多么诗意又浪漫的一件事!

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