第4章 前言(4)(1 / 3)

上麵的故事是人為杜撰的呢,還是真有其事?現在已無從得知。不過,抱有上述想法的,曆史上可不乏其人!大約在本世紀初,列寧格勒(舊稱彼得堡)出現過一本書名很怪的小冊子,叫做《彼得堡和莫斯科之間的自動地下鐵道,一本還隻寫成三章,未完待續的幻想小說》。作者在書中提出一個驚人的計劃:在俄國新舊兩個首都之間,挖一條600公裏長的隧道。這條筆直的地下通路,把俄國的兩大城市連接起來。這樣,“人類便第一次有可能在筆直的道路上行走,而不必像過去那樣走彎曲的路!”作者的意思是:過去的道路都是沿著彎曲的地球表麵修築的,所以都是弧形。而他設計的隧道卻是筆直的!不過作者寫書的主要意圖,還不在於考慮兩點間線段最短。而是這樣的隧道如能挖成,則有一種奇異的現象:任何車輛能像單擺一樣,在兩個城市間來回移動。開頭速度很慢,後來由於重力的作用,車速越來越快;接近隧道中點的地方,達到了難以置信的高速,而後逐漸減速,靠慣性行進到另外一頭。如果摩擦力可以忽略不計的話,走完全程隻需42分12秒!光沿短程線前進的性質,這是物理學家早就注意到的。如下圖,由A點射出的光線,通過l上的點C反射到B點,則由入射角等於反射角推知,C點即線段A′B與l的交點。這裏A′是A關於直線l的對稱點。容易證明,對於l上的另一點C′,必有AC′+C′B>AC+CB,事實上AC+CB=A′C+CB=A′Bc時,ANG>AMG,說明蜘蛛應當沿折線AMG爬行,才能最快抓到蒼蠅;反之,則必須沿折線ANG爬行!另一個類似的趣題:蒼蠅為了防止蜘蛛的襲擊,而想爬過長方體所有的六個麵探查一下,並盡快地返回原地。那麼蒼蠅至少要爬行多長的路?這個問題的結論不太容易想到。從下麵的展開圖中可以看出,蒼蠅爬行的路線應當是一條過G點而又平行於圖中虛線AA的線段(為什麼?請讀者想一想)。容易算出,這條線段長為2(a+b+c)。這個量與蒼蠅原先所在位置無關(為什麼?)。

很明顯,對於可以展成平麵的曲麵,曲麵上的短程線問題,都可以用類似上麵展開的方法加以解決。右圖的圓錐曲麵就是一個例子。

然而,並非所有的曲麵都能展開成平麵。

我們最常見的球麵,其任何一小部分,都不可能毫無重疊或破裂而展成平麵。這就是無論哪一種地圖,總不可避免地要產生變形的原因,沒有一點畸變的地圖根本不存在!這樣,當你翻開一張地圖細心觀察時,你便會發現一個有趣的現象,圖上畫的航線幾乎都是一條條弧線。這才是真正的球麵短程線--大圓弧線。而圖麵上看起來是直的線,實際上隻是保持與經線等角的斜航線。

抽簽之謎

班級決定舉行法律知識競賽,各小組出一名代表參加。為了檢查基本法律知識的普及麵,規定全班同學都做準備,賽前由各小組用抽簽的方式,隨機決定參賽人選。

比賽定在下午舉行。上午放學路上,小聰、小明和小花三個同組的同學走在一起,邊談邊議著下午競賽的事。小朋對小聰說:

“你們比我們準備得都要充分,下午抽簽你就先抽吧!”“這跟抽簽先後有什麼關係?”“啊!怎麼沒關係!先抽的人當然要比後抽的人抽到的機會要大。”“這也不一定!”在一旁聽他們爭論的小花冷不防插了一句。

“怎麼會不一定!”小明急忙辯解,“第一人抽的時候,無論如何做記號的簽紙還在,假如這張紙被第一個人抽去了,那後麵的人就根本不用抽了”。

小明一邊對小花說著,一邊目光頻頻朝小聰看,似乎在尋找支持者。不料小花不甘示弱,語出驚人,說出了一番頗有份量的話:

“我看後抽的人抽到的可能性更大。比如我們組有十個人,做記號的簽條隻有一張,因此第一個抽到的可能性是十分之一。由於110的概率是很小的,所以第一個人一般是難於抽到的。但對第二個人來說,這時隻剩下九張簽紙,其中包含了一張做有記號的,因此他抽到這張簽紙的可能性是九分之一。這比第一個抽到的十分之一可能性要大些。

如果前九個人都沒有抽到的話,那麼最後一個人抽到有記號簽紙就是必然的了,這時抽到的概率還等於1呢!可不是!”小明被小花一番有板有眼的話說得語塞,一時想不出什麼更有力的論據,隻是懷疑地反問:

“你說的都是別人抽不到有記號的簽,如果別人抽到了呢?”這時,剛才一直在思考的小聰,出乎意料地半路殺出一種觀點來:“我看所有人抽到有記號的簽的機會是一樣的!”“怎麼?一樣?”小明和小花異口同聲地驚呼!這的確有點使人難以置信。小明一向佩服小聰,知道他沒有相當把握是不會輕易作結論的,但這時也不禁滿腹狐疑: