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    一个退休顺序员,用高中几何办法,让百年数学难题逼近实际极限
    时间:2020-03-06 21:01 来源:网络整理 作者:网络 浏览:收藏 挑错 推荐 打印

    试想一下,假设你的裤子破了好几个洞,每个洞外形各异,但是宽度都不超过1厘米。

    该如何设计一个通用的补丁,可以把一切的洞都补上呢?

    一个退休顺序员,用高中几何办法,让百年数学难题逼近实际极限

    这个成绩在数学上叫做:万有掩盖成绩(universal covering problem)

    曾经让数学家思索了一百年。

    乍一听上去,这像是一个很复杂的成绩。

    但是稍微想一想,似乎又不那么复杂。

    比如一个边长为1的等腰三角形,和一个直径为1 的圆形,两者的直径都为 1。

    但是,这个三角形就不能被圆形掩盖。

    而最近,一个退休顺序员,用高中办法取得了最新停顿。

    为什么这么难?

    这个难题的的提出者,法国著名数学家:勒贝格(Henri Léon Lebesgue)。

    △Henri Léon Lebesgue

    他提出了勒贝格积分,拓宽了积分学的研讨范围。

    在1914时,他给好冤家Julius Pál(也是数学家)写信时提了一个成绩:

    在一个平面上,找一个最小区域,让它可以掩盖直径不超过1个单位的面积?

    直径不超过1个单位的任不测形,就是一个封锁曲线的边缘上,最远两点的距离不超过1个单位。

    这个成绩最难的部分是:

    无法穷举一切直径为1的外形究竟长什么样子

    直径为1的外形千千万,究竟用哪种万能补丁才能全部掩盖它们呢?

    万有掩盖“通用”办法

    但是这个成绩并不难上手,只需你有高中数学基础,就可以试一下。

    接上去,让我们一同看看数学家们目前处置这个成绩的办法。

    从直径为1的需求掩盖的区域R入手。

    虽然不知道R长什么样子,可以确定的一点是:它相对不会超过1个单位的宽度。

    那么就先假定它有2个点——A和B,距离为1个单位。

    一个退休顺序员,用高中几何办法,让百年数学难题逼近实际极限

    如今,我们假定除了A和B之外,在R区域内还存在一个点C。

    那么C能够在哪里呢?

    它不能够大于A的1个单位,这意味着它必须在以A为圆心且半径为1的圆中。

    但另外一个成绩是,C和B的距离也不能超过1个单位。

    所以C也必须在以B为圆心且半径为1的圆中。

    所以,C的位置就确定在了两个圆形的交集位置。

    到A和B的距离不能超过1,这一条件不只仅适用于点C,还适用于区域R中的每个点。

    所以R中的每一个点都必须位于这两个圆的交集区域中。

    换句话说,这个区域可以掩盖直径为1的一切能够的R集,是一个万有掩盖区域

    但是这个区域不是最小面积,需求对它停止一下修剪。

    留意,圆的相交点构成两个等边三角形,顶点辨别是是A、B,以及距离AB中点垂直距离为√3/2的上下两个点。

    由于√3/2大于1/2,我们可以画两条平行线,与AB平行,距离AB 1/2个单位。

    如今,思索下图中白色的区域。

    由于两个平行线之间的距离为1个单位,所以直径为1的集合不能够同时出如今两个白色区域。就可以去掉一个。

    一个退休顺序员,用高中几何办法,让百年数学难题逼近实际极限

    这样万有掩盖面积从原来的(2π/3)-(√3/2)≈1.228,增加到(π/2)-1/2≈1.071

    从一个基本的万有掩盖末尾,可以经过去掉一个有关紧要的部分,来增加它的面积

    这就是数学家们失掉最小万有掩盖的办法

    优化办法:Pál六边形

    经过更先进的技术,我们还能找到一些其他的复杂外形。

    Pál应用定宽曲线的特性表明:

    即使直径为1的一组曲线,能够会从直径1的圆中“伸”出来,它也总是可以经过移动或旋转,以顺应围成这个圆的六边形。

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