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利用數學知識分析和解決地理問題

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一、比例尺的大小問題

利用數學知識分析和解決地理問題

比例尺等於圖上距離除以實地距離,不同的比例尺大小不同。怎樣來比較比例尺的大小呢?可以把比較的幾個物件首先都化成數字式,且圖上距離都化成數字“1”。根據數學比例的知識,當分子相同的情況下,比例尺的實際距離越大(分母越大),比例尺就越小。如:1/1000>1/10000>1/1000000。

二、地球自轉的速度問題

要理解地球自轉的角速度和線速度的大小變化規律,可藉助數學上速度的公式來理解。地球某地線速度等於該地所在的緯線圈的周長除以地球自轉的週期,地球自轉的週期各處都相同(近似為24小時),而不同緯度的緯線圈的周長在理想狀態下(表面沒有起伏)從赤道向兩極逐漸減小,兩極為零,由公式(v=s/t)可得:線速度的變化規律就是從赤道向兩極逐漸減小,兩極為零。同理可理解角速度的變化規律,即某地的角速度等於某地轉過一週的角度(360°)除以地球自轉的週期(近似為24小時),而這兩個量除兩極外,各處是相同的,所以角速度的變化規律是除兩極外,各處大約為360°/24時=15°/小時,兩極為零。

三、時差的計算問題

時差計算的法則是等於兩地所在時區數之差,同側減(同為東區或西區),異側加(一個東區,另一個西區)。為什麼要同側減,異側加呢?可以藉助數學上的.數軸知識理解,即把中時區當作原點,東區的區號為正數,西區的區號為負數,同為東區或西區就相當於它們同為正數或負數,一個東區,另一個西區就相當於它們一個為正數,另一個為負數,運用有理數的加減法原則,便可理解同側減,異側加這個計算時差的法則了。理解了這個法則,在計算時差的過程中便會減少錯誤。

四、坡度的陡緩問題

在同一幅等高線地形圖上,等高線越稀疏,坡度越緩;等高線越密集,坡度越陡。怎樣來理解這個問題呢?可以把它轉化為一個數學上的三角函式問題,即坡度的餘切函式等於它所對應的垂直高度與水平距離的比。用公式表示為tga=H/L。由於同一幅等高線地圖上,相鄰兩條等高線之間的高差(H)是相等的,所以坡度的大小與相鄰兩條等高線的水平距離(L)成反比。等高線稀疏,這個水平距離大,餘切值就小,根據餘切函式為增函式的數學知識,所以坡度就小(緩);同理等高線密集,這個水平距離小,餘切值就大,坡度就大(陡)。

五、太陽高度角的問題

晝夜狀態的表達可以用太陽高度角(H)來表示,即H>0表示白天,H<0表示夜晚,H=0表示清晨或黃昏(位於地平線上)。怎樣來理解這個問題呢?引進數學上正、負數的含義來理解,即在白天和黑夜的分界線(地平線上)把太陽高度的數字定為0,根據週日視運動的規律,白天太陽在地平線以上,太陽高度值為正數,所以H>0;夜晚太陽在地平線以下,太陽高度值為負數,所以H<0;清晨或黃昏太陽在地平線上,所以H=0。(如下圖1所示)

太陽高度角表示某地某時太陽相對於地平面的傾角,太陽高度角越大,影長就越短。如何來理解這個問題呢?可藉助於數學上的幾何知識來理解,如下圖AD和AC表示兩條太陽入射光線,AB表示一根直立的杆,角1和角2表示這兩條入射光線與地面所成的夾角(太陽高度角),BD和BC分別表示影長。根據三角形的幾何知識,角2大於角1(角2是三角形ADC的外角),影長BC小於影長BD。所以太陽高度角的大小與影長成反比,即太陽高度角越大,影長就越短,當太陽高度角達到最大,即為90°度時,影長變為最短,即為零。(如下圖2所示)

通過以上幾個例子,可以看出某些地理問題是可以運用數學知識來思考和理解的,而且這樣思考以後就變得更容易理解和掌握知識,同時反過來也加強了數學知識的運用。所以在學習過程中要充利用這種思維方式來理解和解決地理問題。