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    12/19/2008

    数学题:最聪明的数学家陶哲轩

    有意思的题目 我的思路和此文中的“二”类似

     

    陶哲轩的数学题

    陶哲轩

      陶哲轩(Terence Tao),是华裔澳大利亚籍数学家,最近广为人知是因为美国《探索》杂志评选出“美国20位40岁以下最聪明科学家”名居榜首。陶哲轩的智商介于220至230之间,如此高的智商百万人中才会有一个。更多介绍:1234

    陶哲轩的数学题

      (English)在机场中,你想从A点前往B点。(为了将问题简化,假设机场是一条线性通道。)一些区域有电动扶梯(双向的),另一些区域没有。你的步行速度恒定为v,电动扶梯的运行速度为u,因此在扶梯上,你的实际速度为v+u。(显然,你不会搭乘与你前进方向不一致的扶梯。)你的目标是尽可能快地从A点到达B点。

      1. 假定你需要暂停片刻,比如系鞋带。请问你应该在电动扶梯上系,还是在没有上电动扶梯时系?假定两种情况下,系鞋带的时间相同。

      2. 假定你有有限数量的多余能量,用来奔跑。在跑动时,你的速度提高到v’(如果在电动扶梯上,就相应为v’+u)。请问你应该在电动扶梯上跑,还是在没有上电动扶梯时跑?假定两种情况下,你可供奔跑的能量相同。

      3. 在狭义相对论的情况下,上述答案是否发生改变?(中文由阮一峰译

    陶哲轩的数学题的答案

      答案不重要,最重要的是“用更简单的分析”得出答案。以下内容隐藏,选中后可以看到:

    一、最简单的直观分析
      此类问题有一个经验,就是全程的速度越均匀越好。
      由此得结论:系鞋带要在快的时候进行;加速要在慢的时候进行。

      如果以前没有做过“类似”的题,可能不理解“速度越均匀越好”的策略。请思考以下问题:从A地到B地再原路返回。甲去时10km/h,返时2km/h;乙去时8km/h,返时4km/h;丙往返都是6km/h。三人谁先到达?
      再思考一般化题目:路程s1段的速度为v1;s2段的速度为v2;但要求在一小段时间dt内,速度发生一点改变,改变值为dv。问此dv发生在哪段路,才能更早到达终点?

    二、较简单的计算分析:想象成ABC3个人的比赛

    问题1:

      A和B先一起走路,再一起上了扶梯。这时,B费时间T来系鞋带。则A到终点时,B还有T*v的距离,需时 T*v/(u+v)
      A和C再比赛,先一起过了扶梯,再一起走路。这时,C费时间T来系鞋带。则A到终点时,C还有T*v的距离,需时 T*v/v才到。
      BC相比,B胜出。即:应该扶梯上系鞋带。
      [更直观分析]:无论何时系鞋带,都会牺牲速度v,对应距离都是vT。但区别在于自己弭补的速度,当然,在扶梯上弭补更快。

    问题2:

      A和B一起走路,再一起上了扶梯。这时,B开始加速(值记为dV,时间记为T)。则B到终点时,A还需要 T*dV/(u+v)才到。
      A和C再比赛,先一起过了扶梯,再一起走路。这时,C开始加速。则C到终点时,C还需要 T*dV/v才到。
      BC相比,C优势更大。即:应该走路时加速。
      [更直观分析]:无论何时加速,都会得到速度dV,对应领先距离都是dV*T。但区别在于别人追赶的速度。为了领先最大化,当然要放在低速行走时。

    问题3:

      原先对题目理解有误,现在想来,此题应该视为:几项速度都接近光速,并且机场、扶梯、行人是不同的参照系。因此,有可能在不同的参照系中,产生不同的先后关系。
      但如何计算,现在已经不会了。

    三、中规中矩的计算分析

      略。

    四、代入数值法

      如果不能如方法一那样直观分析,也不能如二、三那样推理,其实,自行设定一些数值来计算,就简单多了——至少可以得出答案。

    Comments (1)

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    Ming Liaowrote:
    哈哈,你们教授在白宫等待总统的时候无聊问我这题。我很快把123全答对了,嘻嘻。
    不过我是凭平时的生活经验和直觉蒙的,没用到你说的那些方法还跟他狡辩了半天,把他笑的够呛。
    Dec. 26

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