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數(shù)學(xué)大師 | 最短路徑問題——穿越蟲洞

 長(zhǎng)沙7喜 2017-05-02



兩點(diǎn)之間,直線最短 似乎是我們的共識(shí)

然而在多維的宇宙中,蟲洞卻是一種未被印證的可能。



1930年愛因斯坦及羅森提出假設(shè),

透過蟲洞可以做瞬時(shí)的空間轉(zhuǎn)移或者做時(shí)間旅行。



唐朝詩人李頎在《古從軍行》中說“白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河。”詩中隱含一個(gè)有趣的數(shù)學(xué)問題。



【例1】詩中軍人在觀望烽火之后從山腳下的A點(diǎn)出發(fā),走到河邊飲馬后再到B點(diǎn)宿營(yíng),請(qǐng)問怎樣走才能使總的路程最短?



解決辦法就是:

從A出發(fā)向河岸引垂線,垂足為D,

在AD的延長(zhǎng)線上,取A關(guān)于河岸的對(duì)稱點(diǎn)A',

連結(jié)A'B,與河岸線相交于C,

則C點(diǎn)就是飲馬的地方,

將軍只要從A出發(fā),沿直線走到C,

飲馬之后,再由C沿直線走到B,

所走的路程就是最短的。



關(guān)于最短路徑,還有一個(gè)有名的造橋選址問題:


【例2】A、B兩地在一條河的兩岸,現(xiàn)要在河上造一座橋MN,橋造在何處才能使從A到B的路徑最短?并說明理由(假定河的兩岸是平行的直線,橋要與河垂直。)



將BN平移到B′M,此時(shí)BN M B′是平行四邊形。

并且我們注意到,

因?yàn)楹訉挷蛔儯瑹o論mn在何處,

B′的位置是不變的,

于是問題就變?yōu)榱薃M 與B′M何時(shí)取到最小值。

由于兩點(diǎn)之間線段最短,

所以顯然M在AB和EF交點(diǎn)的位置時(shí)兩條線段之和是最短的,

此時(shí)總路程也是最短的。


高中數(shù)學(xué)即將上線,敬請(qǐng)期待!


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