1.自行車和蒼蠅
兩個男孩各騎一輛自行車,從相距20千米的兩個地方,開始沿直線相向騎行。在他們起步的那一瞬間,一輛自行車車把上的一隻蒼蠅,開始向另一輛自行車徑直飛去。它一到達另一輛自行車車把,就立即轉向往回飛行。這隻蒼蠅如此往返,在兩輛自行車的車把之間來回飛行,直到兩輛自行車相遇為止。
如果每輛自行車都以每小時10千米的高速前進,蒼蠅以每小時15千米的高速飛行,那麼,蒼蠅總共飛行了多少千米?
答案
每輛自行車運動的速度是每小時10千米,兩者將在1小時後相遇於20千米距離的中點。蒼蠅飛行的速度是每小時15千米,因此在1小時中,它總共飛行了15千米。
許多人試圖用複雜的方法求解這道題目。他們計算蒼蠅在兩輛自行車車把之間的第一次路程,然後是返回的路程,依此類推,算出那些越來越短的路程。但這將涉及所謂無窮級數求和,這是非常複雜的高等數學。
據說,在一次雞尾酒會上,有人向約翰·馮·諾伊曼提出這個問題,他思索片刻便給出正確的答案。提問者顯得有點沮喪,他解釋說,很多數學家總忽略簡單方法,而去采用無窮級數求和的複雜方法。
馮·諾伊曼臉上露出驚奇的神色。“可是,我用的正是無窮級數求和的方法”,他解釋道。
2.往返旅行
當我們駕駛汽車旅行的時候,汽車在不同的時刻當然會以不同的速度行駛。如果把全部距離除以駕駛汽車的全部時間,所得到的結果叫做這次旅行的平均速度。
史密斯先生計劃駕駛汽車從芝加哥去底特律,然後返回。他希望整個往返旅行的平均速度為每小時60千米。在抵達底特律的時候,他發現他的平均速度隻達到每小時30千米。
為了把往返旅行的平均速度提高到每小時60千米,史密斯在返回時的平均速度必須是每小時多少千米呢?
答案
求解這道令人困惑的小小難題,並不需要知道芝加哥與底特律之間的距離。
在抵達底特律的時候,史密斯已經走過了一定的距離,這花去了他一定的時間。如果他要把他的平均速度翻一番,他應該在同樣的時間中走過上述距離的兩倍。很明顯,要做到這一點,他必須不花任何時間便回到芝加哥。這是不可能的,因此史密斯根本沒有辦法把他的平均速度提高到每小時60千米。無論他返回時的速度有多快,整個旅行的平均速度肯定要低於每小時60千米。
如果我們為史密斯的旅行假設一個距離,事情便會容易理解一些。比如說,假設往返旅程各為30千米。由於他的平均速度為每小時30千米,他將用1小時的時間完成前一半的旅行。他希望往返旅行的平均速度為每小時60千米,這意味著他必須在1小時中完成整個60千米的旅程。可是,他已經把1小時的時間全都用了。無論他返回時速度有多快,他所用的時間全都用了。無論他返回時速度有多快,他所用的時間將多於1小時,因此他必定要用多於1小時的時間完成60千米的旅程,這使得他的平均速度低於每小時60千米。