题目| 如何确定拱桥形状 |
| 问题背景 | 河面上有一座拱桥,对它的形状,同学们各抒己见.有同学说拱桥是抛物线,也有同学说是圆.为了确定拱桥形状,九年级综合实践小组开展了一次探究活动. |  |
| 素材一 | 在正常水位时,小组成员对水面宽度和拱顶离水面的距离进行了测量并绘制了如图测量水面宽AB为16m,拱顶离水面的距离CD为4m. |  |
| 素材二 | 大雨过后,水位上涨.小组成员对水面宽度和拱顶离水面的距离进行了两次测量发现当水面宽为12m时,水位(相对正常水位)上涨1.9m;当水面宽为8m时,水位(相对正常水位)上涨3.1m. |
| 素材三 | 如何检验探究过程中提出的假设是否符合实际情况呢? 定义:离差平方和是实际观测值与预测值之间差的平方和,反映了基于假设算得的预测值与实际观测值之间的差异.离差平方和越小,说明预测值与实际观测值之间的误差越小,提出的假设与实际情况更为接近. |
| 假设1 | 小组成员首先假设拱桥形状是抛物线.根据素材一建立如图所示的直角坐标系,求该抛物线的解析式. |
| 假设2 | 小组成员又提出拱桥可能是圆弧,请根据素材一求出该圆弧的半径. |
| 分析判断 | 基于假设1和假设2,请分别计算水面宽12m和8m时水位上涨的预测值,直接填入答题卡中的表格(数据保留两位小数),并结合素材三分别求出两种假设下数据的离差平方和,判断拱桥更接近哪种形状.(参考数据:21≈4.582) |
知识点:勾股定理、垂径定理的应用章节:第28章 圆 / 28.4 垂径定理
答案与解析
答案
假设
1:
∵水面宽
AB为
16m,拱顶离水面的距离
CD为
4m.
∴B(8,0),
C(0,4),
设抛物线解析式为
y=ax2+4,
将
B(8,0)代入得:
0=64a+4,
解得
a=−161,
∴抛物线解析式为
y=−161x2+4;
当水面宽为
12m时,将
x=6代入解析式得
y=−161×62+4=1.75;
当水面宽为
8m时,将
x=4代入解析式得
y=−161×42+4=3;
假设
2:设圆心
O,连接
OB,
OD,如图所示:

由题意得:
OD⊥BC,
CD=4,
AD=BD=8,
设半径为
r,则
OD=r−4,
∵OD2+BD2=OB2,
∴(r−4)2+82=r2,
解得:
r=10,
∴该圆弧的半径为
10米;
当水面宽为
12m时,设
EF=12,
EF,
OC交于点
G,

则
GE=21EF=6,
OD=10−CD=6设
DG=x,则
OG=x+6,
∵OG2+EG2=OE2,
∴(x+6)2+62=102,
解得:
x=2(舍负);
当水面宽为
8m时,同理可得
(x+6)2+42=102,
解得:
x=221−6≈3.16(负值舍去);
填表如下:
| 水面宽12m | 水面宽为8m |
| 水位上涨的实际观测值(m) | 1.90 | 3.10 |
| 假设1的预测值(m) | 1.75 | 3.00 |
| 假设2的预测值(m) | 2.00 | 3.16 |
根据离差平方和的定义,对于假设
1,离差平方和为:
(1.9−1.75)2+(3.10−3.00)2=0.0325;
对于假设
1,离差平方和为:
(1.9−2.00)2+(3.10−3.16)2=0.0136;
∵0.0136<0.0325,
∴拱桥更接近圆弧.
解析
假设
1:
∵水面宽
AB为
16m,拱顶离水面的距离
CD为
4m.
∴B(8,0),
C(0,4),
设抛物线解析式为
y=ax2+4,
将
B(8,0)代入得:
0=64a+4,
解得
a=−161,
∴抛物线解析式为
y=−161x2+4;
当水面宽为
12m时,将
x=6代入解析式得
y=−161×62+4=1.75;
当水面宽为
8m时,将
x=4代入解析式得
y=−161×42+4=3;
假设
2:设圆心
O,连接
OB,
OD,如图所示:

由题意得:
OD⊥BC,
CD=4,
AD=BD=8,
设半径为
r,则
OD=r−4,
∵OD2+BD2=OB2,
∴(r−4)2+82=r2,
解得:
r=10,
∴该圆弧的半径为
10米;
当水面宽为
12m时,设
EF=12,
EF,
OC交于点
G,

则
GE=21EF=6,
OD=10−CD=6设
DG=x,则
OG=x+6,
∵OG2+EG2=OE2,
∴(x+6)2+62=102,
解得:
x=2(舍负);
当水面宽为
8m时,同理可得
(x+6)2+42=102,
解得:
x=221−6≈3.16(负值舍去);
填表如下:
| 水面宽12m | 水面宽为8m |
| 水位上涨的实际观测值(m) | 1.90 | 3.10 |
| 假设1的预测值(m) | 1.75 | 3.00 |
| 假设2的预测值(m) | 2.00 | 3.16 |
根据离差平方和的定义,对于假设
1,离差平方和为:
(1.9−1.75)2+(3.10−3.00)2=0.0325;
对于假设
1,离差平方和为:
(1.9−2.00)2+(3.10−3.16)2=0.0136;
∵0.0136<0.0325,
∴拱桥更接近圆弧.