大坝安全监测技术规范:新龟兔赛跑——错在哪里?

来源:百度文库 编辑:神马品牌网 时间:2024/04/30 00:57:50
乌龟和兔子的赛跑。假定双方都是匀速直线运动,运动方向相同。
兔子的起跑点是p1,乌龟的起跑点是p2,p2在p1的前面,距离为s0。
双方同时开始跑(匀速直线运动不考虑加速),当兔子到达p2的时候,乌龟已经向前爬了一段(s1),乌龟所处的地方是p3。当兔子到达p3的时候,乌龟又向前爬了一段(s2),乌龟所处的地方是p4,兔子继续追……
虽然s0>s1>s2……,但兔子每次跑完乌龟的路程时,乌龟都已经向前爬了一点,依照这个推论,兔子和乌龟之间的距离将会无限缩小,但永远不会为0,也就是说兔子永远追不上乌龟。
很显然这和我们的生活实际完全不一样,错在哪里?

这是极限问题
通俗地讲一下, 假使兔子10米每秒,乌龟1米每秒,相距9米,按照传统的算法,t=9/(10-1)=1秒,按照你的算法,t=0.9+0.09+0.009+0.0009+0.00009+......=0.99999...
学了极限就知道,这两者是相等的
事实上兔子会追上乌龟,需要时间1秒,但你的这种考虑方法把1秒进行了无限分割,造成了无法追上的假象.

兔子和乌龟之间的距离将会无限缩小,但走完这段路程的时间也是在无限减少的,事实上,这二者是成比例减少的。所以终究是可以把这段距离走完,也就是说距离可以为0。在这以后,兔子就超过乌龟了。

这段话里最大的错误是认为无穷多段路程,也就是一个无穷的过程,必须用无限长的时间完成。但这实际上是不对的。
当然,要真正深入地理解这一点,还是要学过极限、微积分的知识才行。

当学了 极限 这个东西以后,你就明白了!

p2+p4+p6+...不是无限大的,它有个极限距离。
当超过这个距离后,兔子就在前面了

只要懂得时间是不能无限分割的就行了,如果时间不能无限分割的话,你那个前提就不成立了,当然如果你懂得极限和积分的话会更好

兔子和乌龟之间的距离越来越小,兔子追上乌龟的时间也就越来越短,所以兔子终将追上乌龟

这是一个定积分问题:
设兔子的的速度为v1、过了时间t跑的路程为S1;则得S1=v1×t
设乌龟的的速度为v2、过了时间t跑的路程为S2;则得S2=v2×t
设兔子与乌龟的初始差距为S,过了时间t的差距为S0
显然S0是关于时间t的函数
则兔子与乌龟的差距S0=f(t)=(S2+S)-S1=v2×t-v1×t+S
取小段时间dt,则dS0=v2×dt-v1×dt+S
等式两边积分S0=∫t0(v2×dt-v1×dt+S)=v2×t-v1×t+S=0 (t为积分上限、0是积分下限)
当t=0时,我们可以看到S0=S
当t=+∞时(即趋于无穷大时),极限lim(t→∞)∫t0(v2×dt-v1×dt+S)=0。 注意:(v1>v2)
得:t=S/(v1-v2) 初中物理即得这个等式
所以追上的时间是有限的,不是无限的。所以也不可能无限循环下去。
极限值是可以收敛的,所以t为一个定值。