對閉眼打轉問題的探討
公元1896年,挪威生理學家古德貝爾對閉眼打轉的問題進行了深入的研究。他收集了大量事例後分析說:這一切都是由於人自身兩條腿在作怪!長年累月養成的習慣,使每個人一隻腳伸出的步子,要比另一隻腳伸出的步子長一段微不足道的距離。而正是這一段很小的步差X,導致了這個人走出一個半徑為y的大圈子!
現在我們來研究一下x與y之間的函數關係:
假定某個兩腳踏線間相隔為d。很明顯,當人在打圈子時,兩隻腳實際上走出了兩個半徑相差為d的同心圓。設該人平均步長為1。那麼,一方麵這個人外腳比內腳多走路程
另一方麵,這段路程又等於這個人走一圈的步數與步差的乘積,即:
化簡得????????????
對一般的人,d=0.1米,1=0.7米,代入得(單位米)
這就是所求的迷路人打圈子的半徑公式。今設迷路人兩腳差為0.1毫米,僅此微小的差異,就足以使他在大約三公裏的範圍內繞圈子!
上述公式中變量x,y之間的關係,在數學上稱為反比例函數關係。所
彎曲的曲線,數學上稱為等邊雙曲線,在工業、國防、科技等領域都很有用場。
下麵我們看一個有趣的遊戲:
在世界著名的水都威厄斯,有個馬爾克廣場。廣場的一端有一座寬82米的雄偉教堂。教堂的前麵是一片開闊地。這片開闊地經常吸引著四方遊人到這裏做一種奇特的遊戲:把眼睛蒙上,然後從廣場的一端向另一端教堂走去,看誰能到達教堂的正前麵!
奇怪的是,盡管這段距離隻有175米,但卻沒有一名遊客能幸運地做到這一點!全都走成了弧線,或左或右,偏斜到了一邊!
為什麼是這樣呢?我們就先來計算一下,當人們閉起眼睛,從廣場一端中央的M點抵達教堂CD的最小的弧半徑是多少。如下圖,注意到矩形ABCD邊BC=175(米),AM=MB= 41(米)。那麼上述問題,無疑相當於幾何中
∵BC2=R2-(R-MB)2=MB(2R-MB)
∴1752=41×(2R-41)
? R=394
這就是說,遊人要想成功,他所走的弧線半徑必須不小於 394米。那麼就讓我們再計算一下,要達到上述要求,遊人的兩腳的步差需要什麼限製。根據公式:
這表明遊人的兩隻腳的步差必須小於0.35毫米,否則是不可能成功的!然而,在閉上眼睛的前提下,使兩腳的步差這麼小一般人是辦不到的,這便是在遊戲中為什麼沒有人能被蒙上眼睛走到教堂前麵的道理。