虛構的綜合帆船運動員朱庇特·普羅普在從康涅狄格州到百慕大的比賽中,充分利用了漩渦和墨西哥灣流。為了展示他的技巧,他提出了一個簡單的遊戲,可以使用遙控車和一個地面旋轉圓盤進行。
目標是從北側的橫杆到達南側的橫杆——確切地說,是從北側橫杆與虛線段(“康涅狄格州”)的交點,到南側橫杆與虛線段(“百慕大”)的交點,以最短的時間到達。中間的圓盤順時針旋轉,因此試圖直接沿著虛線前進是失敗的。(正如我非虛構的攀巖朋友肯塔基·皮特所說,“兩點之間最短的路徑是一條直線,但最容易的路徑會曲折。”這條路徑的曲折程度很大。)
事實上,先稍微向東南方向行駛可能是個好主意,然後以某種方式穿過略微偏離虛線向東旋轉的圓盤,然後向西南方向行駛至終點,如圖所示。
http://cs.nyu.edu/cs/faculty/shasha/papers/eddyfig1.doc
b = 車速(每分鐘100米)
d = 從起點到圓盤最北端的距離(25米)
e = 從圓盤南端到終點的距離(25米)
r = 圓盤的半徑(25米)
s = 圓盤的旋轉速度(每分鐘30度)
A = 從康涅狄格州出發,偏離穿過圓盤中心的直線的角度
B = 接近百慕大時,偏離穿過圓盤中心的直線的角度。
請注意,如果圓盤根本不旋轉,那麼 A 和 B 都應該為 0。只需沿著虛線指示的直線路徑行駛即可。
熱身 1
如果圓盤旋轉速度極快(例如每分鐘 10,000 轉),那麼 A 和 B 應該取什麼值?
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值得注意的是,對於圓盤的中間旋轉速度,我們希望 A 和 B 為正值。但現在的問題變成了:汽車應該如何穿過圓盤,才能從北側線段到達圓盤的點移動到南側線段離開圓盤的點?
熱身 2
您怎麼看?
問題:1. 好的,而且對於本專欄來說不尋常的是,我現在想邀請您進行計算。我自己使用了一些三角學和計算機語言,但解決方案將解釋如何設定問題以及給出答案。
提示: 主要挑戰在於弄清楚如何將其設定為好像 A 和 B 是已知值。(然後可以推匯出此圖中的 H 角。)
http://cs.nyu.edu/cs/faculty/shasha/papers/eddyfig5car.doc
然後,計算機可以搜尋不同的 A 和 B 值。如果您對問題有優雅的封閉式解決方案,我非常感興趣。
2. 現在是一個高階問題。對於圓盤的哪些旋轉速度,A 和 B 的平均值將接近其最大值? 最大值是多少?