任他們忙得熱火朝天,李二狗卻獨自閑庭信步。隻有在周末的時候,他才會聽一下高建和李金旺簡要的工作匯報。
他整日裏還是讀書、學習、練功和玩牛頓擺的遊戲。周潔和韓剛還是在周末來蹭酒。
這個周末的晚上,吃完晚飯,李二狗忽然向周潔提出了他近幾天一直在琢磨的一個數學問題。
“周老師,我這幾天想到了一個數學遊戲,自己卻解不出來,你能不能幫我研究一下?”
“什麽問題?說來聽聽?”周潔道。
“湖心有個小島,是個半徑5米的圓。小島的中心有個池塘,是個半徑4米的圓。湯姆是一隻貓,約翰是一隻老鼠。約翰會遊泳而湯姆不會。約翰在陸地上的速度是4米每秒,在水裏遊泳的速度是1米每秒。約翰在水塘裏,而湯姆在池塘的岸上。它們開始做一個貓捉老鼠的遊戲,它們在池塘的岸邊擊掌後,遊戲就開始了,隻要約翰能從池塘逃到湖裏就算它贏。問:湯姆的速度是多少時,才能贏得勝利?”
問題比較長,李二狗複述了兩遍周潔和韓剛才聽明白。思索了一會,韓剛就有了答案。
“約翰最佳的逃跑路線就是逃往池塘的對麵,總長度8米,而湯姆要走的路程是半圓,總長度為4π米,4π除以8等於0.5π。因此,隻要湯姆的速度大於約翰的0.5π倍,約翰就永遠上不了岸。因此,答案大概是1.5708米每秒。”
“事情沒有那麽簡單。”周潔道:“約翰如果不傻的話,它不會沿著直徑一直跑。當它跑到池塘中心的時候,它會停下來觀察一下。然後朝著湯姆相反的方向跑。這樣,約翰逃到池塘邊,隻需要跑完4米的路程就可以了,而湯姆仍然需要跑完半圓,即4π米。4π除以4等於π。所以,湯姆的速度必須大於約翰的π倍才可以,大概是3.1416米每秒。”周潔道。
韓剛一拍大腿:”對呀,我怎麽沒考慮到!這可是個聰明的老鼠啊!”
李二狗搖了搖頭:“你們說的都不對。”
“哦?”兩人同時看向李二狗。
“我的計算結果表明,湯姆的速度即使達到4米每秒,也抓不到約翰。”
“怎麽可能?”周潔道。
“湯姆是個聰明的老鼠,它不會直接從池塘的中心向對岸跑的。它會繞著以池塘的中心為圓心半徑為1米的圓來跑。湯姆隻能繞著半徑為4米的圓來跑。約翰隻要稍微縮小一下圓的半徑,哪怕隻有極其微小的量,它就最終都會跑贏湯姆,從而跑到湯姆的對麵去。這時,約翰隻需要再跑3米,就能跑到岸邊,而湯姆仍然需要跑完半圓,即4π米。4π除以3大於4。也就是說,湯姆的速度必須達到4米每秒以上才有可能追上約翰。要知道,約翰在陸地上的速度也是4米每秒,湯姆如果低於這個速度,就會眼睜睜地看著約翰逃進湖裏。”
“我明白了,約翰的跑法其實還可以優化,就是當它向岸邊開跑後,它會立即瞄一眼湯姆跑的方向,然後它會向相反的方向斜著跑,而且這個方向可能還需要不斷地轉換。以保證能把湯姆甩開足夠的距離。否則,即使它上了岸,至少還要跑1米才能進入湖中,湯姆有可能在這個過程中抓住它。”周潔分析道。
“是的,我也隻能分析到這裏,後麵我就分析不出來了。就算用微積分的方法,我也弄不出來。”
周潔繼續道:“我還可以從另一個角度提出一個問題:如果湯姆的速度是4.1米每秒,那麽約翰至少需要多少時間可以贏得勝利?它的最佳逃跑路徑是什麽?”
這個問題困擾了我筆者多年。讀者諸君,有誰會解這貓和老鼠的遊戲呢?如果真的沒有人能解得出,那麽有人認識韋神嗎?
他整日裏還是讀書、學習、練功和玩牛頓擺的遊戲。周潔和韓剛還是在周末來蹭酒。
這個周末的晚上,吃完晚飯,李二狗忽然向周潔提出了他近幾天一直在琢磨的一個數學問題。
“周老師,我這幾天想到了一個數學遊戲,自己卻解不出來,你能不能幫我研究一下?”
“什麽問題?說來聽聽?”周潔道。
“湖心有個小島,是個半徑5米的圓。小島的中心有個池塘,是個半徑4米的圓。湯姆是一隻貓,約翰是一隻老鼠。約翰會遊泳而湯姆不會。約翰在陸地上的速度是4米每秒,在水裏遊泳的速度是1米每秒。約翰在水塘裏,而湯姆在池塘的岸上。它們開始做一個貓捉老鼠的遊戲,它們在池塘的岸邊擊掌後,遊戲就開始了,隻要約翰能從池塘逃到湖裏就算它贏。問:湯姆的速度是多少時,才能贏得勝利?”
問題比較長,李二狗複述了兩遍周潔和韓剛才聽明白。思索了一會,韓剛就有了答案。
“約翰最佳的逃跑路線就是逃往池塘的對麵,總長度8米,而湯姆要走的路程是半圓,總長度為4π米,4π除以8等於0.5π。因此,隻要湯姆的速度大於約翰的0.5π倍,約翰就永遠上不了岸。因此,答案大概是1.5708米每秒。”
“事情沒有那麽簡單。”周潔道:“約翰如果不傻的話,它不會沿著直徑一直跑。當它跑到池塘中心的時候,它會停下來觀察一下。然後朝著湯姆相反的方向跑。這樣,約翰逃到池塘邊,隻需要跑完4米的路程就可以了,而湯姆仍然需要跑完半圓,即4π米。4π除以4等於π。所以,湯姆的速度必須大於約翰的π倍才可以,大概是3.1416米每秒。”周潔道。
韓剛一拍大腿:”對呀,我怎麽沒考慮到!這可是個聰明的老鼠啊!”
李二狗搖了搖頭:“你們說的都不對。”
“哦?”兩人同時看向李二狗。
“我的計算結果表明,湯姆的速度即使達到4米每秒,也抓不到約翰。”
“怎麽可能?”周潔道。
“湯姆是個聰明的老鼠,它不會直接從池塘的中心向對岸跑的。它會繞著以池塘的中心為圓心半徑為1米的圓來跑。湯姆隻能繞著半徑為4米的圓來跑。約翰隻要稍微縮小一下圓的半徑,哪怕隻有極其微小的量,它就最終都會跑贏湯姆,從而跑到湯姆的對麵去。這時,約翰隻需要再跑3米,就能跑到岸邊,而湯姆仍然需要跑完半圓,即4π米。4π除以3大於4。也就是說,湯姆的速度必須達到4米每秒以上才有可能追上約翰。要知道,約翰在陸地上的速度也是4米每秒,湯姆如果低於這個速度,就會眼睜睜地看著約翰逃進湖裏。”
“我明白了,約翰的跑法其實還可以優化,就是當它向岸邊開跑後,它會立即瞄一眼湯姆跑的方向,然後它會向相反的方向斜著跑,而且這個方向可能還需要不斷地轉換。以保證能把湯姆甩開足夠的距離。否則,即使它上了岸,至少還要跑1米才能進入湖中,湯姆有可能在這個過程中抓住它。”周潔分析道。
“是的,我也隻能分析到這裏,後麵我就分析不出來了。就算用微積分的方法,我也弄不出來。”
周潔繼續道:“我還可以從另一個角度提出一個問題:如果湯姆的速度是4.1米每秒,那麽約翰至少需要多少時間可以贏得勝利?它的最佳逃跑路徑是什麽?”
這個問題困擾了我筆者多年。讀者諸君,有誰會解這貓和老鼠的遊戲呢?如果真的沒有人能解得出,那麽有人認識韋神嗎?