сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 72
i

На схеме изоб­ражён в мас­шта­бе ав­то­мо­биль (вид свер­ху). В точ­ках А и Б шар­нир­но за­креп­ле­ны края зер­кал бо­ко­во­го вида; в точке Т  — се­ре­ди­на зер­ка­ла зад­не­го вида. В каком по­ло­же­нии дол­жен за­фик­си­ро­вать во­ди­тель зер­ка­ла, чтобы, на­блю­дая из точки В, он видел:

1)  в левое зер­ка­ло точку К, и то, что на­хо­дит­ся как можно левее от неё;

2)  в пра­вое зер­ка­ло точку М, и то, что на­хо­дит­ся как можно пра­вее от неё.

3)  в зер­ка­ло зад­не­го вида от­ре­зок МК це­ли­ком (все до­пу­сти­мые по­ло­же­ния).

При­ве­ди­те на схеме пра­виль­ное по­ло­же­ние зер­кал. Обос­нуй­те по­стро­е­ние.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

По усло­вию за­да­чи тре­бу­ет­ся, чтобы точка К была видна в левое зер­ка­ло и рас­по­ла­га­лась в нём мак­си­маль­но спра­ва  — ведь имен­но тогда в зер­ка­ле “уме­стит­ся” то, что на­хо­дит­ся мак­си­маль­но левее К. Зна­чит, изоб­ра­же­ние К долж­но фор­ми­ро­вать­ся в зер­ка­ле на про­дол­же­нии луча ВА. По­стро­им луч, ко­то­рый вы­хо­дит из К, от­ра­жа­ет­ся от зер­ка­ла в точке А и по­па­да­ет в точку В  — в глаз во­ди­те­лю. Оче­вид­но, зер­ка­ло долж­но рас­по­ла­гать­ся пер­пен­ди­ку­ляр­но бис­сек­три­се угла КАВ (см. рис. 6). Ана­ло­гич­но, пра­вое зер­ка­ло долж­но рас­по­ла­гать­ся пер­пен­ди­ку­ляр­но бис­сек­три­се угла МБВ (см. рис. 7).

Раз­берём те­перь во­прос о до­пу­сти­мых по­ло­же­ни­ях зер­ка­ла зад­не­го вида.

Пред­по­ло­жим, что во­ди­тель может уви­деть в зер­ка­ло весь от­ре­зок КМ, рас­по­ло­жив зер­ка­ло не­ко­то­рым об­ра­зом. Тогда, слег­ка по­вер­нув его, он уви­дит, как изоб­ра­же­ние КМ сдви­га­ет­ся к краю. Таким об­ра­зом, сле­ду­ет найти два край­них по­ло­же­ния: при одном изоб­ра­же­ние КМ рас­по­ло­же­но так, чтобы изоб­ра­же­ние точки К ока­за­лась на краю зер­ка­ла (левом), при дру­гом  — изоб­ра­же­ние М (на пра­вом краю). На­ри­су­ем окруж­ность с цен­тром в точке Т, по ко­то­рой могут дви­гать­ся края зер­ка­ла зад­не­го вида. Ис­поль­зуя закон от­ра­же­ния, легко по­нять, что для по­стро­е­ния од­но­го край­не­го по­ло­же­ний зер­ка­ла, при ко­то­ром на краю зер­ка­ла изоб­ра­же­ние К, сле­ду­ет найти такую точку F этой окруж­но­сти, ка­са­тель­ная к ко­то­рой (или, что тоже самое, пер­пен­ди­ку­ляр к плос­ко­сти зер­ка­ла) ока­зы­ва­ет­ся бис­сек­три­сой угла КFВ.

Ана­ло­гич­но, для вто­ро­го по­ло­же­ния сле­ду­ет по­стро­ить точку G окруж­но­сти, ка­са­тель­ная к ко­то­рой яв­ля­ет­ся бис­сек­три­сой угла MGB. Ко­неч­но, можно ис­кать точки F и G про­сто пе­ре­бо­ром, од­на­ко такой метод не поз­во­ля­ет кон­тро­ли­ро­вать точ­ность по­стро­е­ния. Сле­ду­ет при­ду­мать по­сле­до­ва­тель­ность дей­ствий, поз­во­ля­ю­щую уточ­нять по­ло­же­ние ис­ко­мых точек до тех пор, пока не будет до­стиг­ну­та тре­бу­е­мая точ­ность (го­во­рят, ”по­стро­ить схо­дя­щу­ю­ся ите­ра­ци­он­ную про­це­ду­ру”).

Чтобы разо­брать­ся в во­про­се ак­ку­рат­но, рас­смот­рим, как дви­жет­ся для не­ко­то­рой точки Х её изоб­ра­же­ние в зер­ка­ле при вра­ще­нии зер­ка­ла во­круг оси Т (см. рис. 8). По­нят­но, что для лю­бо­го по­ло­же­ния зер­ка­ла, когда Х отоб­ра­жа­ет­ся в точку Х′, рас­сто­я­ния ХТ и ТХ′ сов­па­да­ют. Зна­чит, при вра­ще­нии зер­ка­ла мни­мое изоб­ра­же­ние “бежит” по окруж­но­сти ра­ди­у­са ХТ.

Воз­вра­ща­ясь к изоб­ра­же­нию от­рез­ка КМ в зер­ка­ле зад­не­го вида, легко по­нять, что при вра­ще­нии зер­ка­ла во­круг точки Т от­ре­зок КМ будет “ез­дить” по окруж­но­сти с цен­тром в точке Т. Ясно, что при по­во­ро­те зер­ка­ла на не­ко­то­рый угол изоб­ра­же­ние будет съез­жать по окруж­но­сти на вдвое боль­ший угол.

На рис. 9 пред­став­ле­но одно из по­ло­же­ний зер­ка­ла, при ко­то­рых во­ди­тель уви­дит в зер­ка­ле зад­не­го вида от­ре­зок КМ в виде изоб­ра­же­ния КМ′. Для при­ме­ра мы вы­бра­ли слу­чай, когда во­ди­тель видит изоб­ра­же­ние точки Н (се­ре­ди­ны КМ) ровно по­се­ре­ди­не зер­ка­ла, ВН′ про­хо­дит через Т. Зер­ка­ло на этом ри­сун­ке ори­ен­ти­ро­ва­но пер­пен­ди­ку­ляр­но бис­сек­три­се угла HHB.

По­стро­ен­ное по­ло­же­ние вовсе не един­ствен­но, ведь зер­ка­ло можно по­во­ра­чи­вать, так чтобы края изоб­ра­же­ния К′ и М′ не вы­хо­ди­ли за пре­де­лы ви­ди­мо­сти.

По­про­бу­ем по­стро­ить такое по­ло­же­ние зер­ка­ла, при ко­то­ром изоб­ра­же­ние точки М (точка М′) во­ди­тель видит у пра­во­го края зер­ка­ла. По­стро­им малую окруж­ность, по ко­то­рой дви­га­ют­ся края зер­ка­ла зад­не­го вида. Из точки В про­ведём ка­са­тель­ную к этой окруж­но­сти и на её про­дол­же­нии по­ста­вим точку

М′ (см. рис. 10). Рас­по­ло­жим зер­ка­ло пер­пен­ди­ку­ляр­но бис­сек­три­се угла ВММ.

Про­бле­ма этого по­стро­е­ния в том, что зер­ка­ло ока­за­лось не пер­пен­ди­ку­ляр­но ВМ′, зна­чит, во­ди­тель уви­дит не весь от­ре­зок КМ′: с его точки зре­ния точка М′ чуть-чуть не по­ме­стит­ся в зер­ка­ле. Дей­стви­тель­но, пря­мая ВХ, со­еди­ня­ю­щая край зер­ка­ла и точку В, чуть от­ли­ча­ет­ся от ка­са­тель­ной ВМ′, и во­ди­тель смо­жет ви­деть в зер­ка­ло лишь часть КХ от всего изоб­ра­же­ния. Чтобы ис­пра­вить это, зер­ка­ло сле­ду­ет до­вер­нуть про­тив ча­со­вой стрел­ки на по­ло­ви­ну угла ХВМ′, так что изоб­ра­же­ние точки М сме­стить­ся в Х, затем сле­ду­ет снова про­ве­рить, какая часть изоб­ра­же­ния не влез­ла, и снова до­вер­нуть зер­ка­ло... Дан­ная ите­ра­тив­ная про­це­ду­ра быст­ро схо­дит­ся ввиду ма­ло­сти угла ХВМ′.

По­ло­же­ние, при ко­то­ром на край зер­ка­ла при­хо­дит­ся изоб­ра­же­ние точки К, пред­став­ле­но на рис. 11.

Здесь также по­стро­е­на ка­са­тель­ная к малой окруж­но­сти и зер­ка­ло пер­пен­ди­ку­ляр­но бис­сек­три­се угла ККВ. Все ого­вор­ки, ка­са­ю­щи­е­ся ите­ра­тив­ной про­це­ду­ры и пре­де­ла по­греш­но­сти оста­ют­ся здесь спра­вед­ли­вы­ми.

На­по­сле­док за­ме­тим, что опи­сан­ная ите­ра­тив­ная про­це­ду­ра по­стро­е­ния край­них по­ло­же­ний зер­ка­ла зад­не­го вида не яв­ля­ет­ся един­ствен­ной. Можно было, на­при­мер, взяв за стар­то­вое по­ло­же­ние зер­ка­ла, па­рал­лель­ное КМ, рас­по­ло­жить пер­во­на­чаль­но точки F и G на его краях, из­ме­рить углы KFB и MGB, рас­по­ло­жить зер­ка­ло пер­пен­ди­ку­ляр­но одной, а потом дру­гой бис­сек­три­се, и на­звать дан­ные по­ло­же­ния более точно най­ден­ны­ми край­ни­ми по­ло­же­ни­я­ми. Пе­ре­дви­нув точки F и G снова из­ме­рить углы KFB и MGB и по­вто­рять про­це­ду­ру. Ввиду того, что при сдви­ге точек F и G из­ме­ря­е­мые углы ме­ня­ют­ся слабо, такая ите­ра­тив­ная про­це­ду­ра также быст­ро схо­дит­ся.

 

Ответ: По­ло­же­ние бо­ко­вых зер­кал см. на рис. 6, 7. Край­ние по­ло­же­ния зер­ка­ла зад­не­го вида изоб­ра­же­ны на рис. 10 и 11 (ну­ле­вая ите­ра­ция ите­ра­тив­ной про­це­ду­ры). Ите­ра­тив­ная про­це­ду­ра по­лу­че­ния сколь угод­но точ­ных по­ло­же­ний опи­са­на в ре­ше­нии.

Классификатор: Оп­ти­ка. Плос­кое зер­ка­ло