环形跑道相遇问题一招通解:拉直思维,秒变相遇追及基础题!:典型例题精讲
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2025-12-20
💡 阿星起步:环形跑道相遇的底层逻辑
想象一下,你和小伙伴在学校的圆形操场上跑步。这个圆环跑道,就是我们今天要研究的“舞台”。它最神奇的一点就是——没有尽头,但又有限。
直接想两个人怎么在圈圈里遇上,是不是有点绕晕了?别急,阿星给你一个“思维魔法”:把封闭图形拉直看。
把圆环跑道从起点剪开,拉成一条笔直的、无限长的路。这样一来:
- 同向跑(都顺时针或都逆时针):跑得快的人在前还是后?如果他一开始在后面,他要追上前面的人,需要多跑多少?没错,他需要多跑整整一圈才能从后面追到前面的人。这就是追及问题,核心是:快的比慢的多跑一圈(路程差 = 1圈)。
- 反向跑(一个顺时针,一个逆时针):两个人面对面跑,要相遇,他们共同跑完的距离是多少?对啦,就是一整圈。这就是相遇问题,核心是:俩人跑的路加起来是一圈(路程和 = 1圈)。
所以,环形跑道问题的本质,就是给经典的相遇问题和追及问题,套上了一个“循环”的皮肤。你只要抓住“拉直看”这个瞬间,所有难题都现原形!
🔥 三级跳挑战:从入门到大神
【入门例题】阿星和小白在一条\(100\)米的环形跑道上练习。阿星每秒跑\(3\)米,小白每秒跑\(2\)米。如果他们从同一地点同时出发:①反向而跑,多久后第一次相遇?②同向而跑,阿星多久后第一次追上小白?
阿星拆解:
第一步:识别问题类型,套用“核心隐喻”。
①反向跑:相遇问题。 拉直看,两人要共同跑完一圈才能相遇。
路程和 = 1圈 = \(100\)米
速度和 = 阿星速度 + 小白速度 = \(3+2=5\) (米/秒)
相遇时间 = 路程和 ÷ 速度和 = \(100 \div 5 = 20\) (秒)
②同向跑:追及问题。 拉直看,阿星要比小白多跑一圈才能追上。
路程差 = 1圈 = \(100\)米
速度差 = 阿星速度 - 小白速度 = \(3-2=1\) (米/秒)
追及时间 = 路程差 ÷ 速度差 = \(100 \div 1 = 100\) (秒)
【进阶例题】在\(300\)米的环形跑道上,甲、乙两人从同一地点背向跑步。已知甲的速度是\(4\)米/秒,\(1\)分\(15\)秒后两人第一次相遇。请问乙的速度是多少?
阿星敲黑板:这道题的陷阱是单位不一致!速度单位是“米/秒”,但给的时间是“1分15秒”。我们必须先统一单位。
第一步:统一时间单位。\(1\)分\(15\)秒 = \(60+15=75\)秒。
第二步:识别类型,反向跑是相遇问题。
核心关系:路程和 = 速度和 × 相遇时间 = 1圈
第三步:设乙的速度为\(v\)米/秒。
根据公式: \((4 + v) \times 75 = 300\)
第四步:解方程,计算过程严禁跳步。
\(4 + v = 300 \div 75\)
\(4 + v = 4\)
\(v = 4 - 4\)
\(v = 0\)
咦?乙的速度是0?这意味着乙根本没动,甲一个人用75秒跑了一圈。我们来验证一下:甲75秒跑的路程是\(4 \times 75 = 300\)米,正好一圈。所以乙的速度确实是0米/秒。这种情况虽然少见,但在数学上是成立的!
【拔高例题】一个周长为\(400\)米的环形广场,甲、乙、丙三人从同一地点同时出发,甲和乙顺时针走,丙逆时针走。甲速度\(80\)米/分,乙速度\(60\)米/分,丙速度\(50\)米/分。请问:出发后至少多少分钟,三人第一次在起点处同时相遇?
思维迁移:题目场景变成了三个人,而且要求“同时在起点相遇”,看起来很复杂。但别怕,我们依然可以用“拉直看”的核心思想,把它拆解成我们熟悉的两人模型。
第一步:拆解问题。 “三人同时在起点相遇”意味着:甲回到了起点,乙回到了起点,丙也回到了起点。也就是说,他们各自走的时间,都必须是各自“走一圈所需时间”的整数倍。
所以,我们需要求出三个人各自走一圈需要的时间。
甲一圈时间: \(400 \div 80 = 5\) (分钟)
乙一圈时间: \(400 \div 60 = \frac{20}{3}\) (分钟)
丙一圈时间: \(400 \div 50 = 8\) (分钟)
第二步:转化问题。 现在问题变成了:求一个最短的时间T,使得T同时是5、\(\frac{20}{3}\)、8的整数倍。也就是求这三个数(严格说是三个时间周期)的最小公倍数。
第三步:计算最小公倍数。
先把分数化简约分:\(\frac{20}{3}\)已是最简。
求5、\(\frac{20}{3}\)、8的最小公倍数。可以先将它们都化为以\(\frac{1}{3}\)分钟为单位:
\(5 = \frac{15}{3}\), \(\frac{20}{3}\), \(8 = \frac{24}{3}\)
现在求分子15, 20, 24的最小公倍数。
15 = 3×5
20 = 2×2×5
24 = 2×2×2×3
最小公倍数 = 2×2×2×3×5 = 120
所以,时间 \(T = \frac{120}{3} = 40\) (分钟)。
结论:出发后至少\(40\)分钟,三人第一次同时在起点相遇。在这个时间里,甲跑了8圈,乙跑了6圈,丙跑了5圈。
📝 阿星必背口诀:
环形跑道绕圈圈,拉直思维是关键。
同向差一圈,反向和一圈;
速度定时间,拉直就好算。
🚀 举一反三:变式挑战
在\(250\)米环形跑道上,小A速度\(5\)米/秒,小B速度\(4\)米/秒。两人从同地同时同向出发,小A第一次追上小B需要多少秒?如果反向出发,第一次相遇需要多少秒?
一个环形跑道,甲乙同向跑,甲每\(150\)秒追上乙一次;反向跑,每\(25\)秒相遇一次。已知甲速为\(8\)米/秒,求乙的速度和跑道周长。
环形公园步道一圈\(600\)米,阿星和爷爷从家门口(起点)同时出发反向散步。阿星速度\(90\)米/分,爷爷速度\(60\)米/分。爷爷每走完一圈要休息\(2\)分钟,阿星不休息。请问他们第3次相遇时,距离家门口多远?
解析与答案
【详尽解析】
变式一:
①同向追及:时间 = \(250 \div (5-4) = 250\) 秒。
②反向相遇:时间 = \(250 \div (5+4) = \frac{250}{9}\) 秒(或约27.78秒)。
变式二:
设乙速为\(v\)米/秒,周长为\(S\)米。
同向追及:\(150 \times (8 - v) = S\)
反向相遇:\(25 \times (8 + v) = S\)
联立方程:\(150(8-v) = 25(8+v)\)
解得:\(v = 4\) (米/秒),代入得 \(S = 25 \times (8+4) = 300\) (米)。
变式三(核心提示):
本题加入了“休息”条件,打破了匀速运动的连续性。核心思路是分段分析。
1. 先算出两人在不休息的情况下,第一次相遇的时间和地点(相遇问题,路程和=600米)。
2. 重点分析爷爷的行程规律:他走一圈600米需要\(600 \div 60 = 10\)分钟,然后休息2分钟,所以他以12分钟为一个“运动-休息”周期,其中只有前10分钟在运动。
3. 第3次相遇发生在某个时刻,需要耐心分段计算他们实际走过的路程。一个巧妙的角度是:从爷爷的角度看,阿星的速度相当于“爷爷静止时,阿星速度为90米/分;爷爷运动时,阿星与爷爷的相对速度为150米/分”。通过模拟或分段方程可以求解。
最终答案提示:他们第3次相遇大约在出发后第\(16\)分钟,此时距离起点(家门口)约\(240\)米处。(具体过程需详细分段计算,此处给出结果供验证)。
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