[Physics]COM, Center of mass, not computer

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今天來跟各位談談質心,以及質點系統
質心,在英文中叫做center of mass,在本篇中簡寫作com

一般來說,如果是質量均勻分布的物體,我們可以說該物體的幾何中心便是質心的所在,因此在數學中幾何圖形的重心對平板物體就是所謂的質心,下面放了幾種尋找重心的方式,大家可以參考看看,其中梯形的重心是在兩三角形重心連線和兩底中點連線的交點。

再補充一個Pappus定理,這本來是拿來求體積用的定理,但反過來用的話我們可以由此訂裡得到重心。這裡講的是物哩,而不是要細究談他的數學,因此間單介紹一下。再下圖中,上面是原本用來求體積的做法,下面則是反過來利用它求出重心位置。


對於多個質點來說,我們可以以類似力矩的手法求出質心的位置,下面先假設有n個質點,第n個質點的質量為Mn,具圓點的距離為Xn。則質心位置可有以下的表示法。一般來說原點可以任意取,方便計算即可。

上面是分布在一維空間的情況,我們可以用相同的手法推展到三維空間,甚至可以用向量來定義質心。此外一般的固體可以將其質量是為連續分布,而質點就是微小的質量素dm,累加起來便形成了以積分定義的方式。
 

[Math] TRML培訓活動 - 第二話 - 淺談函數最值 - 討論

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所謂的函數最值就是說:
對於一個函數 f ( x )而言,帶入一定的 x 值可以得到此函數的最大值或最小值。
而把它的最大的或最小值稱作「最值」
而為了方便,以下把fmax、fmin稱為f ( x ) 的最大值、最小值。
接下來介紹一些常用的求出最值的方法:

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一、配方法
對於涉及到二次函數的最值問題,常用配方法求解。
關於配方法相信大家都有用來求過最值,
而在使用配方法求最值得時候大約有下面幾點需要注意的:
( 1 ) 文字(未知數)的範圍限制
( 2 ) 二次函數的漸增(漸減)情況(請愛用圖形判斷)
( 3 ) 最值不一定出現在拋物線頂點(請注意範圍)
大概是這三點。

二、判別式法
對於某些特殊形式的函數的最值問題,
如果經適當的代數變形,
使目標函數 y (即要求最值的函數)出現在一個有實根的一元二次方程中的係數之中,
這時利用此方程式的判別式不能為負,
從而透過解不等式:判別式≧0來求得 y 的最值。
在使用判別式法的時候,
得到的判別式一般為 y (要求最值的函數)二次式,
而這時候則是要判斷 y 的範圍 (因為已經限定了整個判別式的範圍)。
此時對於求出的 y 會產生最值,
但請注意到≧這個符號是表示「大於或等於」,並非要求兩者皆成立,
因此在求出 y 的範圍後,
如求得a ≦ y ≦ b後,
不能隨便斷定ymin = a ;ymax = b,
還必須求出與a,b對應的 x 值,並將其代入原本的函數進行驗算。
只有當x,y的對應值存在,而且滿足原來的函數式時,
才能確定為原來函數的最值,
否則就可能導致錯誤。

三、消去法
在一定條件等式 ( 例如 g(x , y) = 0 )下,
求多元函數 ( 例如f(x , y))的最值時,
較常用的辦法是利用條件式去消去一些自變量,
使問題轉化為求在給定區間上的一元函數的最值問題。
所以找出定義域是一件相當重要的事情。

四、三角函數法
如果目標函數經變形後能化成
y = Asin(theta) + B (A、B為常數)
的形式,
則由 sin x ≦1 ( cos x ≦1)可知其範圍(即可知其最值)。
重點是在於靈活運用三角函數的變形、代換。

五、換元法
通過適當的換元,
常可以把複雜的目標函數化為簡單的目標函數,
從而較容易求得最值。
主要的方法是利用三角函數的關係來作處理,

( 1 )利用三角代換消去特殊形式的式子。
例如 a2 - x2 ( a > 0 ),可令x = a sin(theta) (或x = a cos(theta))處理,
又如 x2 - a2 ,可令x = a sec(theta) (或x = a csc(theta))處理,
以及 x2 + a2,可令x = a tan(theta) (或x = a cot(theta))處理。

( 2 )在x2 + y2 ≦ r2 (r > 0)的條件下求f (x , y)的最值。
常用代換:x = k cos(theta),y = k sin(theta)。( 0 ≦ k ≦ r )
在這個方法中需要熟記的事關於三角函數間的轉換、關係,
例如萬能公式啊,倍角、半角公式之類的,
當然這種方法可以視為是一種類比的感覺這樣。

[Physics]其實斜拋不一定要這樣解-向量的應用

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這是小編以前做過的一題,今天講的主題,跟這題有關,大家可以再開始讀本篇文章前先試試看。




摁.....答案是  2-根號3  ,不知道你算對了沒


如果你是用飛行鉛直方向的位移比上水平方向的位移等於斜面的tan質,這個辦法去做的話...........恭喜你,數字應該會帶有非常多的根號,這時候就需要有堅強的計算能力,硬爆出答案來(好啦,我知道你數學很好,是小編太懶了^^)

至於小編是如何解的,就先賣個關子......(被巴

各位應該都學過等加速度的3個公式(V=V0+at...),但各位知不知道裡面哪些物理量是向量,在這裡幫大家茶好維基百科中對向量的說明......(被巴
"向量,指線性空間中需要大小和方向才能完整表示的物理量,通常繪畫成箭號,因以為名。位移、速度、加速度、力、力矩、動量、衝量等,都是向量,有別於純量。向量也常被稱為矢量。"~wiki
總而言之,在等加速度公式中, 位移、速度、加速度式向量,而時間則是純量。因此我們可將公式做以下的表示:

V平方的那個我就不寫出來了,那是因為向量平方後就變純量(自己對自己內積)
也因此我們在解平面運動時,有別於一般分解成X、Y方向的做法,我們可以直接在空間中畫出向量,再透過幾何的做法求出答案。就如下圖所示



V0t必與V0同向,S必與g同向。因為時間t是純量,且大於0
在裡用向量相加的三角型法,在配上角度關係,即可列出方程式
也因此看到這裡,你就知道怎麼做那一題了吧 ,下面,小編把解答貼上,雖然數學式寫得有點簡略,但相信思考一下,你就知道是怎麼推的



有問題或有想法的歡迎來討論區發言
http://groups.google.com.tw/group/chsh20/browse_thread/thread/080b3e58728d94bd?hl=zh-TW#

[Math] TRML培訓活動 - 第一話 - 淺談複數與向量 - 討論

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討論區:
 http://groups.google.com.tw/group/chsh20/browse_thread/thread/2d6c25b520be7e6c?hl=zh-TW#

那麼就先來作一下複數的介紹:

首先給定一個複數 z ,

它的實數部分(實部)寫作Re( z );虛數部分(虛部)寫作Im( z )

一般在描述(假設一個複數的時候習慣記作:

z = a + bi ;其中 z 為複數,a、b為實數,且 Re( z ) = a 、Im( z ) = b,i 為虛數單位滿足i2 =
-1。

也許有人習慣用 x . y來表示複數,但在下在此皆用a . b來表示(因為自己在寫的時候比較順)

而這種表達法稱之為複數的“代數式”

在平面上建立直角座標系O x y,對於複數z = a + bi,

在這個坐標系上對應的點坐標為( a , b );

反過來也是如此,

對於這個坐標系上一點( a , b),

它代表的一個複數 z = a + bi。

這樣,就可以把所有的複數與在這個平面上的所有點一一對應。

根據這種與複數對應關係,

這個平面被稱之為複數平面(也稱作高斯平面)。

而這種方法可以清楚的表示出複數在平面上的位置。

且根據上面的定義,

x - 為實軸(由實數所構成的軸);y - 為虛軸(由虛數所構成的軸)

原點O所對應的點為( 0 , 0)

如果z = a + bi,則複數zbar = a - bi 稱為z的“共軛複數”

再將此兩點標示在高斯平面上的話,

不難發現它們是關於實軸對稱的兩點。

又可由複數的乘法得到,

(z) * (zbar) = a2 + b2

關於點 z 到原點的距離我們用| z |來表示,

其值等於根號a2 + b2

稱| z |為z的“模”。顯然 z 和 zbar 有相同的模,即 | z | = | zbar |

再來看複數的加法,

給定兩個複數 z1 = a1 +b1i ; z2 = a2 + b2i

則他們的和定義為:z1 + z2 = ( a1 + a2 ) + ( b1 + b2 )i ,也是一個複數。

特別注意到將這三個複數標示在高斯平面上,

以Oz1 、 Oz2為鄰邊作平行四邊形出去的話,

z1 + z2的位置就是該平行四邊形從原點出發的那條對角線的終點。

由此可知,複數的加法滿足“平行四邊形法則”。

大家知道,物理學有多的量,而且它們的加法具有平行四邊形法則,

這些量既有大小,又有方向,所以被稱為“向量”。

複數也有大小,就是它的模(到原點的距離),

也具有方向,就是從原點出發到表示該複數的點的指向,

複數的加法又適合平行四邊形法則。

因此,複數也就是平面向量。

另外,為了把複數的方向表示得更為清楚,

由實軸的正向向開始,沿著逆時針方向轉動,

到達向量Oz時所掃果的角度用theta來記,

則theta就代表著複數 z 的方向,稱為複數 z 的“幅角”,記為arg(z)= theta,

且特別當0 ≦ theta < 2pi 時,稱theta為z的“主幅角”,記為Arg(z)=theta,

只有對複數O無法定義幅角。

而關於點 z 的 x 坐標a及 y 坐標b而言,

可視點 z 對 x 軸的投影點為 x 坐標;對 y 軸的投影點為 y 坐標。(畫個圖能比較好理解)

即a = | z | cos( theta ) ; b = | z | sin( theta )

所以可得到z = a + b i = | z | cos( theta ) + i | z | sin( theta ) = | z |
( cos(theta) + i sin(theta))

這種表示法稱為複數的“三角式”,也稱為“極式”

另外對於z的坐標在這裡可以有另一種表示法:z = ( | z | , theta )

其中theta必須為Arg(z),這種表示複數坐標的方法稱為“極坐標”

還有一種方法是利用指數來表示的“指數式”

但高中的課程並未特別著墨於此,(還有就是我也沒有特別讀(炸))

所以在此就不介紹了。

再來就介紹一下常用的複數性質:

(1)有兩個複數z1、z2,若滿足z1 = z2,則Re( z1 ) = Re( z2 );Im( z1 ) = Im( z2 )

也就是常說的「實部等於實部,虛部等於虛部」

這個性質看起來很直觀,但它的實用性非常高,是重要的。

(2)有兩個複數z1、z2,那麼z2 - z1就代表了向量z1z2。可得知z1,z2之間的距離等於複數z2 - z1的模,即|z2 -
z1|,當然也等於|z1 - z2|

這個性質代表的意義就是複數間的兩點距離,

要確切求出距離的話還是根據定義,將z2 - z1的模求出來。

(3)滿足| z | = 1的複數到原點的距離為1,因此它的分佈在以原點為中心、半徑為1的圓周上,這個圓稱為“單位圓”。

單位圓的方程用複數表達是(z)*(zbar) = 1 ,或者是 | z | = 1

而一般地,以複數z0為中心、半徑為 r 的圓的方程可以寫為|z - z0| = r ,其中複數 z 表示圓周上變動的點(動點)

關於圓的方程表示,在高中課程中想必大家都會用 z = cos(theta) + i sin(theta)來作表示,

而對於這種表示法還可以做許多延伸,這部分的話則在往後的文章再作介紹。

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再來介紹一下棣美弗(Abraham de Moivre)定理,

這主要是關於複數與三角結合的定理:

給定兩個複數z1 = r1(cos A + i sin A)、z2 = r2(cos B + i sin B),其中r1、r2為|z1|和|
z2|,A、B為主幅角。

則滿足(z1)*(z2) = r1*r2 (cos (A+B) + i sin (A+B))

特別另r2 = 1時

可將其幾何意義看作:

將z1延逆時鐘方向旋轉角B,且不改變其長度。

證明:自行展開,利用和角公式化簡。

它的應用方面在這裡就只談旋轉這個部分,

大部分常用的應用在課本上都有提到了這樣。

關於旋轉的部分,

首先給定兩個複數z1 = a1 + b1i 、 z2 = a2 + b2i

如果我想要做到「以點 z2 為旋轉點,將z1逆時鐘旋轉120度得到z」該怎麼辦呢?

(提醒:可以畫圖就畫圖,不能畫圖,還是要畫圖)

這個題目將圖畫出來是重要的,

step 1 :在坐標上取兩個點(a1 , b1)、(a2 , b2)代表點 z1和點 z2

step 2 :因為是以點 z2 為旋轉點,於是計算z1 - z2 = (a1 - a2) + (b1 - b2)i

step 3 :為了逆時鐘旋轉120度,故將複數(a1 - a2) + (b1 - b2)i乘上複數 1 (cos(120度) + i
sin(120度)) 後再加上z2極為所求的複數z

步驟中有兩個步驟是重要的(就是藍色部分)

在旋轉的過程中,是必須要使起點回歸原點O(0 , 0)的,

於是將z1 - z2 可以得到一個以z2為起點的向量z2z1,

可利用向量平移的方式將它的起點移到原點而不改變其向量,

再利用乘上一個模為 1 的的複數使其旋轉可得到另一個向量,

而所求的點只要將這個旋轉後的向量加上旋轉點 z2 就可以得到。

如果對向量平移不熟悉的話可以用另一種方式思考,

就是坐標系的改變。

在z1 - z2的這個過程中,

可以看作是「以z2作為新坐標系的原點」

於是z1在新坐標系的位置即是在z1 - z2的位置

那麼再乘上一個極坐標為(1 , 120度)的複數使其旋轉到另一個點 z',

這個點 z' 是在新坐標系中的點 z,

為了求出點z的坐標必須回歸到原本的坐標系,

所以再加上z2即可以回歸到原本的坐標系。

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那麼第一篇文章的介紹就到這個段落做個小結論:

文章初有提到一件事情「因此,複數也就是平面向量。」

這個性質告訴我們一件事情:

「有些向量的問題用複數是可解的」