乌龟快跑!

2018-06-20 04:46竹林风
数学大王·趣味逻辑 2018年5期
关键词:悖论线段乌龟

竹林风

今天,田径场上要上演一场速度的较量,让人吃惊的是,这竟是“飞毛腿”阿基里斯向乌龟发起的挑战。这明摆着是欺负乌龟嘛!阿基里斯似乎也意识到了这点,于是大度地请乌龟先跑到起跑线前100米处。

阿基里斯自信满满地说:“你从起跑线前100米处开始起跑,我让你100米!”

“哼,竟敢小瞧我!等下就让你瞧瞧我的厉害!”刚在龟兔赛跑中获胜的乌龟也是傲气十足。

“各就各位!哔——”裁判芝诺吹响了哨子,阿基里斯与乌龟的赛跑开始啦!

“乌龟,加油!”

“阿基里斯,加油!”

“加油!加油!”

比赛还没结束,裁判芝诺就跳了起来,大喊道:“各位,现在我来宣布比赛结果,获胜的是——乌龟!”

“啊,不公平吧?比赛还没结束,你怎么就判阿基里斯输了呢?”观众被搞糊涂了。

“是啊,他可是‘飞毛腿!一名跑步健将跑不过一只乌龟,这不是一个天大的笑话吗?”

……

“停!大家少安毋躁,听我说!你们看,阿基里斯要追上乌龟,他必须跑过他们之间100米的距离。可当他跑到乌龟现在的位置时,乌龟已经向前挪动了一些距离;当他追到乌龟向前挪动的距离时,乌龟又向前挪动了一点儿。这样下去,虽然乌龟挪动得比他慢,但他每次向前移动,乌龟也同样向前挪动了一点儿,所以,他永远追不上乌龟。”芝诺解释道。

大家你一言、我一语,发挥集体的智慧,讨论了许久,疑惑终于解开了!

事实上,阿基里斯肯定能追上乌龟。可是从逻辑上看,芝诺并没有说错什么。这是怎么回事呢?我们来捋一捋吧!

芝诺是古希腊非常著名的数学家和哲学家。在阿基里斯与乌龟的赛跑中,芝诺的推理其实是历史上非常有名的“芝诺悖论”。这个有趣的悖论,在几千年里让数学家和哲学家伤透了脑筋。

“一个跑得最快的人永远追不上一个走得最慢的人。因为追赶者首先必须跑到被追者的起跑点,因此走得慢的人永远领先。”这就是芝诺悖论的“追龟说”。

芝诺的意思是,当阿基里斯到达乌龟的起跑点时,乌龟已经向前走了一小段路了,阿基里斯又必须赶过这一小段路,而此时乌龟又向前走了。这样,阿基里斯可以无限接近乌龟,却不能追上它。

芝诺的结论,听起来似乎是这么一回事。可是仔细一想,你就会发现这个结论其实是错误的。虽然在领先的时间内乌龟不会被阿基里斯追上,但是如果芝诺允许阿基里斯越过所规定的有限距离的话,那么乌龟是可以被阿基里斯追上的。

賽跑在数学上是追赶问题,我们不妨用数学方法来解决这个问题。

回到阿基里斯追乌龟的实际问题上。我们不妨假设乌龟的速度是1米/秒,阿基里斯的速度是10米/秒,那么阿基里斯每秒比乌龟多跑10-1=9(米)。乌龟在阿基里斯前方100米的距离,所以通过追及时间=路程差÷速度差,我们可以得到100÷(10-1)=100/9(秒)。只需要100/9秒,也就是说当阿基里斯跑过100/9米的时候,他追上了乌龟。

我们还可以用列方程的方法解决这个问题。设阿基里斯追上乌龟需要的时间为t,则有10t=100+t,得t=100/9(秒)。

好了!阿基里斯与乌龟的赛跑先看到这儿,大家各抒己见,都说说自己的看法吧!

事实胜于雄辩,我只相信事实!我觉得芝诺肯定误判了,胜利应该属于阿基里斯!阿基里斯可是跑步健将,乌龟是不可能跑赢他的。

我同意古噜噜的观点,可是芝诺的推理看起来似乎也没有问题,这怎么解释呢?

当阿基里斯在A点时,乌龟在B点;他追到B点,乌龟爬到C点;他追到C点,乌龟爬到D点……虽然阿基里斯离乌龟越来越近,但他们之间始终有一段距离,因为BC、CD……这些线段虽然越来越短,但每一条线段的长度都不会是0。这就是说,如果阿基里斯按上面的过程去追乌龟,在任何有限次内,他是追不上乌龟的。

但是由于这些线段越来越短,阿基里斯跑完这些线段所用的时间也就越来越短。最后时间之和不会大于100/9秒。也就是说,实际上,阿基里斯在100/9秒的时候,会追上乌龟。

比赛结束了,阿基里斯抱着双手站在前面,骄傲地看着还在后面慢慢爬的乌龟,极其傲气地说道:“怎么样?追上你了吧!”

“阿基里斯,你等着!我下次一定要跑过你!”乌龟气得直跳脚。

“你省省吧!你赢了兔子纯属意外,因为兔子贪睡,你才获胜的!”说完,阿基里斯朝乌龟挥挥手,走了。

事实证明,阿基里斯是可以追上乌龟的,任何速度快于乌龟的物体都可以追上前面的乌龟。这既可以用常识判断出来,也可以通过相关数学知识计算出来。芝诺的推理把时间分成无限多份,但所有时间加起来是有限的时间,不是无限长的时间。

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