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困扰欧洲数学家半年之久的难题,牛顿只花一夜秒杀!(科普)

  17世纪瑞士数学家约翰·伯努利向"地球"上所有数学家提出一个挑战性的数学问题
  那么这问题是这的:有两个不同高度的点,A点在B点上方,并且A不在B的正上方。有一小球要从A点滚落到B点,不计一切阻力,仅受重力作用,问:哪种滚落路径耗时最短?
  这就是"最速曲线"问题!
  可能大多数人的第一反应是从A到B的直线路径,因为两点间直线是最短嘛!
  然事实却不是这样,当时欧洲的数学家们花了半年的时间去求解但依旧没有收获,只有伯努利兄弟本人知道答案,后来在英国的牛顿听一朋友说(作为物理学家,数学家消息速度有些落后啊),才知道有这么回事,于是当天忙完造币厂的工作,晚上回家,想了一夜,第二天答案就解出来了!(可见当时牛顿虽然在做厂长,但是数学能力依旧强悍!)
  然后下面就提供一个"粗糙简陋"的数学过程(有兴趣的读者可看下)
  ①我们以下落的位移方向建个直角坐标系,向右是x正轴,向下是y正轴,A点与原点重合
  ②在整个过程中,能量守恒,势能化为动能,那么瞬时速度易得
  ③对于小球的路径,设为r,那么每段极短的路径就为dr,容易知道,dr可以分为dx和dy两段分位移,得
  ④将时间积分后,得到
  ⑤对上面的泛函式,进行一系列解算,就能将轨迹方程得出,如下
  发现这个耗时最短的轨迹正是摆线的一部分,而摆线就是下面图片里的红色轨迹
  这个最速曲线还有一个称呼:等时曲线,这一点就很牛了,意味着:意思咱们把小球放在曲线的任意一点上,它最终到达B点的时间都是一样的!
  将数学用于物理研究,天生一对啊!
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