奥运会中的数学问题

2020年东京奥运会在2021年8月8日落下帷幕,中国代表团以38金32银18铜圆满收官。在奥运会上,我们见证了中国梦之队为国争光的场面。但是,如果用数学的眼光来看待奥运会上的体育赛事,其中蕴含着许多数学模型,让我们一起来研究下吧!

跳水梦之队是本次奥运会获取奖牌最多的代表队,共获得7枚金牌和5枚银牌。在跳水比赛中,3位零零后的中国小花在10米跳台的比赛中的表现令人印象深刻。

要知道,跳水分数的高低不仅取决于最后的水花大小,运动员在空中的姿态也是重要的考量之一。运动员从跳台上起跳→腾空→如水,俨然就是一条漂亮的抛物线。下面我们来具体解决一道以跳水为背景的数学问题:

同理,我们可以计算出要使运动员试跳不失误,他完成规定的翻腾动作时据池边的最远距离。即当y=-5时,抛物线方程求出相应的x值,最后加上y距池边的距离2米即可。

以上的讨论是把运动的运动轨迹简化处理。实际上,由于运动员在空中还要做各种各样的翻腾动作,他的运动轨迹并不是理想的抛物线。达到最好的入水效果需要大量的努力。由此可见,全红婵的3跳10分需要付出多大的努力!

本届女篮在奥运会上的表现带给我们极大的惊喜,不论是三人篮球夺得铜牌,还是女篮以小组第一的身份出现,都让我们由衷地为女篮呐喊!

问题1:循环赛分组要打几场比赛呢?

本次东京奥运会共有12支球队参与比赛,共分为3组,那么每4个小组要进行单循环比赛。单循环赛,即任意2支队伍都要进行比赛。下图中,我们用4个点来表示4支球队的竞赛关系:

第一支队伍要和后面三支队伍进行3场比赛,第二支队伍要和后面二支队伍进行2场比赛,第三支队伍要和最后一支队伍进行1场比赛,因此总共进行了6场比赛。

其实单循环换赛的数学模型和我们常说的“握手”“碰酒杯”问题相仿。问题2:8强的淘汰赛打几场比赛呢?

在女子三人篮球的比赛中,中国队在和法国队的最终角逐中获得了铜牌,这也开创了中国女子三人篮球赛的历史,那么中国女子三人篮球队在最后的8强角逐中一共进行了多少场比赛呢?

通过观察上图的8强对战,中国队一共进行了3场比赛,而决出冠军需要进行4+2+1=7场比赛,也可以理解为8支球队要淘汰7支球队才能获得最后的冠军,因此很容易得到比赛要进行7场。

问题3:中国女篮的罚球命中率有多高?观察中国女篮的四次比赛,其罚球命中率高达79.5%。尤其在对战澳大利亚女篮时,最后15秒6的罚球命中率高达100%,最终晋级八强!

罚球的命中率类比概率,也就是命中数/罚球数×100%,即可得到命中率。中国女篮超高的罚球命中率让她们一路披荆斩棘,获得小组第一,力克强敌!

中国乒乒球队是当之无愧的梦之队,每一次的乒乓球对战中,都能让人深刻感受到中国乒乓球队运动员的高超竞技水平。

乒乓球比赛中是这样的规则:一局比赛,每人发两个球,在一局比赛中先得11分得单打或双打运动员为胜方,但打到10平以后,每人发一个球,先得2分为胜方。但是往往会出现这样的情况:知道比赛结果是几比几,却忘了谁发球,那么我们如何判断是谁发球呢?

下面我们来看这样的问题:

问题1:甲与丙进行乒乓球一局比赛,甲先发球,比分如果是6:8,接下来谁发球?比分为6:8,说明共发球14个,由于比赛中每人罚球2个,因此发球次数为:14除以2得7,由于比赛中是轮流发球的,因此发球奇数次后轮到丙发球,偶数次后轮到甲发球。所以接下来是丙发球。

问题2:甲与丙进行乒乓球一局比赛,甲先发球,比分如果是12:13,接下来谁发球?比分为12:13,说明比赛达到10平后。由于打到10平后,每人发一个球。10平的时候共发10个求,接下来是甲发球,每人发一个,2个球一个轮回,所以发球总数是奇数时接下来是丙发球,偶数时甲发球。比分为12:13,共发25个球,应该是丙发球。

掌握了这样的规律,谁发球不就不会迷糊了么?

我们在观看4×100米接力比赛的时候,总会看到内道的运动员位于外道的运动员的后方,这又是为什么呢?(以下资料参考自公众号:数学教育)

一般来说,400米跑道的标准操场,内圈为400米,直线跑道长85.96米,弯道内圈直径是72.6米,跑道的宽度为1.25米。

如上图所示,跑400米时,我们可以想象,把操场两边的半圆拼成一个圆,这个圆里相邻的外圈周长比内圈周长多多少米,外圈的起跑点就要提前多少米。已知跑道宽是1.25米,所以相邻两圈的直径差2.5米,外圈的周长比内圈多2.5π米,因此跑400米时,外圈的起跑点比相邻的内圈前移2.5π,即7.85米。

所以在4×100米男子接力比赛中,我们让苏炳添跑第三道弯道,在弯道时超越对手,苏炳添也就有了“圆月弯刀”的美誉!而最后的冲刺也就体现在直道的速度了,虽然中国队位列第四,但是跑过了牙买加的选手,也是非常牛了。

数学建模在体育项目中都有涉及,运用数学模型可以使得训练方式更加科学化和高效化。所以在体育中蕴含着丰富的数学知识和数学模型,我们一定要能够运用数学的眼光分析和感受。

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