龟兔赛跑问题与追及问题

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龟兔赛跑问题:人的逻辑推理有可能出现问题吗?~

这个是有名的悖论:阿基里斯与龟....
我把解释摘录如下:
阿基里斯(Achilles)悖论 阿基里斯是古希腊神话中善跑的英雄。在他和乌龟的竞赛中,他速度为乌龟十倍,乌龟在前面100米跑,他在后面追,但他不可能追上乌龟。因为在竞赛中,追者首先必须到达被追者的出发点,当阿基里斯追到100米时,乌龟已经又向前爬了10米,于是,一个新的起点产生了;阿基里斯必须继续追,而当他追到乌龟爬的这10米时,乌龟又已经向前爬了1米,阿基里斯只能再追向那个1米。就这样,乌龟会制造出无穷个起点,它总能在起点与自己之间制造出一个距离,不管这个距离有多小,但只要乌龟不停地奋力向前爬,阿基里斯就永远也追不上乌龟! “乌龟” 动得最慢的物体不会被动得最快的物体追上。由于追赶者首先应该达到被追者出发之点,此时被追者已经往前走了一段距离。因此被追者总是在追赶者前面。 ” 如柏拉图描述,芝诺说这样的悖论,是兴之所至的小玩笑。首先,巴门尼德编出这个悖论,用来嘲笑"数学派"所代表的毕达哥拉斯的" 1-0.999...>0"思想。然后,他又用这个悖论,嘲笑他的学生芝诺的"1-0.999...=0, 但1-0.999...>0"思想。最后,芝诺用这个悖论,反过来嘲笑巴门尼德的"1-0.999...=0, 或1-0.999...>0"思想。 有人解释道:若慢跑者在快跑者前一段,则快跑者永远赶不上慢跑者,因为追赶者必须首先跑到被追者的出发点,而当他到达被追者的出发点,慢跑者又向前了一段,又有新的出发点在等着它,有无限个这样的出发点。 芝诺当然知道阿基里斯能够捉住海龟,跑步者肯定也能跑到终点。 类似阿基里斯追上海龟之类的追赶问题,我们可以用无穷数列的求和,或者简单建立起一个方程组就能算出所需要的时间,那么既然我们都算出了追赶所花的时间,我们还有什么理由说阿基里斯永远也追不上乌龟呢?然而问题出在这里:我们在这里有一个假定,那就是假定阿基里斯最终是追上了乌龟,才求出的那个时间。但是芝诺的悖论的实质在于要求我们证明为何能追上。上面说到无穷个步骤是难以完成。 以上初等数学的解决办法,是从结果推往过程的。悖论本身的逻辑并没有错,它之所以与实际相差甚远,在于这个芝诺与我们采取了不同的时间系统。人们习惯于将运动看做时间的连续函数,而芝诺的解释则采取了离散的时间系统。即无论将时间间隔取的再小,整个时间轴仍是由有限的时间点组成的。换句话说,连续时间是离散时间将时间间隔取为无穷小的极限。 其实这归根到底是一个时间的问题。譬如说,阿基里斯速度是10m/s,乌龟速度是1m/s,乌龟在前面100m。实际情况是阿基里斯必然会在100/9秒之后追上乌龟。按照悖论的逻辑,这100/9秒可以无限细分,给我们一种好像永远也过不完的印象。但其实根本不是如此。这就类似于有1秒时间,我们先要过一半即1/2秒,再过一半即1/4秒,再过一半即1/8秒,这样下去我们永远都过不完这1秒,因为无论时间再短也可无限细分。但其实我们真的就永远也过不完这1秒了吗?显然不是。尽管看上去我们要过1/2、1/4、1/8秒等等,好像永远无穷无尽。但其实时间的流动是匀速的,1/2、1/4、1/8秒,时间越来越短,看上去无穷无尽,其实加起来只是个常数而已,也就是1秒。所以说,芝诺的悖论是不存在的。

其实芝诺悖论本身并没有错误,他只是偷换了时间概念,在细分距离的同时,细分了时间。相当于增添一个条件,即在t=ds/dv的时间内,芝诺谬论成立。那么只要时间到了t,也就追上了 假设兔子的速度是乌龟的2倍(其实多少倍都一样,只要你承认兔子比乌龟快就行),那么由上面的推理,AB的长度是BC的两倍,BC的长度又是CD的两倍......也就是说,前面一段距离是后面一段的2倍,那么,总距离就是这些一段段相加了,看见了吗?前面是后面的两倍,不就是公比为1/2的等比数列的和吗?我们知道,公比小于1的等比数列和是有极限的,比方说首项是1,公比是1/2的话,和就是2,就是说按照前面的推理,只有当距离是有限时才成立,由于速度一定,距离有限,那么T=S/V,时间就是有限的。因此,该推理只有在兔子和乌龟间距离远到直到宇宙灭亡还追不上才成立,当兔子和乌龟距离较短时,兔子能追上乌龟。

实际上可以画个S/T图,实际上所谓的追不上是因为该推理是无限趋近与交点而已

1:全程7000米,兔子每分跑330米,乌龟每分爬30米。10分钟后兔子睡着了,醒来后发现乌龟离终点400米远,于是立刻去追赶,问兔子在离终点多少米的地方追上乌龟?
乌龟爬了:(7000-400)÷30=220(分钟)
兔子走了:330×10=3300(米)
追及距离:7000-400-3300=3300(米)
追及时间:3300÷(330-30)=11(分钟)
距离终点:400-11×30=70(米)

2:一位少年短跑高手,顺风跑90米用了10秒;而逆风跑70米也用了10秒。问他在无风时跑100米需多少时间?
顺=人+风,逆=人-风
顺风速度:90÷10=9米/秒
逆风速度:70÷10=7米/秒
无风速度:(9+7)÷2=8米/秒
跑100米:100÷8=12.5秒


龟兔赛跑问题与追及问题视频

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