周日清晨。
李東蹲在客廳的沙發上,布滿血絲的眼睛死死的盯著手機屏幕,顯得有些亢奮。
他昨晚啃《大物》啃到了後半夜,然後今早起來又繼續刷題,然後就遇到了一道讓他抓耳撓腮的題。
這是一道看起來人畜無害的物理題,但實際上是個披著羊皮的數學惡魔。
【在重力作用下,一個質點從A點沿光滑曲線滑到B點(B點在A點斜下方,且不在同一鉛垂線上),求所需時間最短的曲線形狀。】
最速降線問題。
這題的物理模型很簡單,稍微有點物理常識的人都知道,兩點之間直線最短,但下落最快絕對不是直線,因為要利用重力加速。
李東有被動【軌道精算】腦子裡能清晰的「看」到那條曲線的大致形狀……一個旋輪線。
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可是,怎麼證?
怎麼算出那個解析式?
這就不是物理能解決的了,這需要變分法,需要解歐拉拉格朗日方程。
「切入點……找不到切入點啊……」
李東咬著指甲,看著草稿紙上那一積分符號,最後隻能無奈的嘆了口氣。
「算了,開掛吧。」
他熟練的打開「青龍學習小組」。
【高三刷題中】:各位早。那個……我侄子又遇到麻煩了。
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【高三刷題中】:他遇到個最速降線的問題,物理模型他都懂,但是最後在推導微分方程的時候卡住了。而我最近實在分不出精力去推導這種純數學的東西,哪位有空指點一下我那位笨侄子。
李東這段話發得臉不紅心不跳。
消息發出去半晌,群裡一點動靜都沒有。
就在李東以為要冷場的時候,一個陌生的ID突然跳了出來。
【約翰·卡爾·弗裡德裡希·高斯】:最速降線?約翰·伯努利那個小傢夥出的題嗎?
「嘶——」
高斯!
如果說牛頓是物理界的神,那高斯就是數學界的上帝!
複變函數聽過吧?非歐幾何?
什麼都沒聽過?
那你用ai嗎?知道裡麵遍布的正態分布也叫高斯分布嗎?
又或者你有沒有聽過一道經典的數學題:1+2+3……一直加到100,那個首尾相加法,就是高斯小學的時候為了偷懶隨便想出來的。
李東倒吸一口氣「勒讓德」,趕緊打字。
【高三刷題中】:對,就是那個問題,前麵的能量守恆建立方程那一步我侄子已經搞定了,就是最後解那個變分問題的時候,他不知道怎麼處理那個泛函極值。
高斯的回覆很快,給人一種「這就不是個事兒」的感覺。
【高斯】:嗬嗬,這題確實需要一點微積分的小技巧。
【高斯】:其實不需要想得太複雜,告訴你那個侄子,既然被積函數F不顯含變量x,那麼利用貝爾特拉米恆等式(F - y'*∂F/∂y'= C),直接降階求解即可。
【高斯】:剩下的我不用和你說了吧?
高斯這裡說的是不用和你說了,而不是你的侄子。
但李東並沒有發現這個小小的異常。
他現在滿腦子都是……
「貝爾特拉米恆等式……不顯含變量x……」
「對啊!泛函 F (y,y')不顯含自變量 x,根據諾特定理,這就存在一個守恆量!利用貝爾特拉米恆等式,原本複雜的二階變分問題直接降階成了初等微積分!」
一旦這層窗戶紙被捅破,方程瞬間變得清晰無比。
李東在草稿紙上飛速運算起來。
代入恆等式……化簡……分離變量……三角換元……
x = r(θ- sinθ)
y = r(1 - cosθ)
標準的旋輪線參數方程!
「成了!」
李東忍不住低呼了一聲。
這就是高斯嗎?他隻需要隨手一指,然後你隻需要朝著他指的路走就行了?
就在李東準備在群裡感謝一下這位大神的指點時。
他的手機突然震動了一下。
一個私聊窗口就彈了出來。
李東低頭一看,然後整個人都傻掉了。
【高斯】:有點意思啊,小傢夥,你那邊是康德提出的無數世界,還是布魯諾的無限宇宙?】
這話什麼意思?
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