追寻梦里的钟声与龟兔赛跑问题

上个月,院学生会要举办新老生经验交流会,邀请我去做分享。当时思索许久,也有很多想跟学弟学妹分享,奈何由于客观原因,活动没有举办,索性把自己的所思所想写下来,也算是对自己并不靠谱的大学前三年生活的一个总结。

自己对于这些文字的定位并不是鸡汤,毕竟自己没有汤勺,都无法舀出来怎么还能灌给别人呢。所以,还是踏踏实实写比较好。可能在别人看来,我大学前三年做了不少事,还曾当过院学生主席,在他们眼里也算是混的不错的那一类人。自己来总结吧,确实做了很多想做的事,想改变学生会一些不合理的地方最后当了主席尽自己努力去改变,喜欢踢球一起创立了湘潭大学足球协会等等,结果也还可以,但也有些本该做好而没有做好的事,最重要的一点就是学习没有搞好吧,看到那些保研成功的同学,别提有多羡慕了,一切都是浮云,通过学习提升自己才是王道。

一般情况下,一个公司做到了上市,就会去敲钟,毕竟实现了当初很重要的一个目标。梦里的钟声,当然就是实现梦想时的收获,还没进入大学时,就有很多目标,进了大学,便追寻之、努力奋斗之。之前好像写了一堆废话,不多说了,步入正题。

我所在的院系是数学与计算科学学院,专业是信息与计算科学,说白了就是数学和计算机的结合体,或者两不像。数学,向来是很多人的 梦魇,想逃都逃不掉,然而我可能是由于当初一点小小的傲娇,一不小心步入了这个深渊,越坠越深,无法自拔。想必很多数学专业的同学也有这种感觉,当然,如果发现其中的奥妙,那自然是其乐无穷,可是我们大多数人,还是无从做到的。

说一个老生常谈的龟兔赛跑问题,首先简要介绍一下该问题的原型:首先乌龟在兔子前面一段距离,现在它们开始进行赛跑(当然兔子的速度肯定远快于乌龟)。然后下面的罗素悖论就出现了:当兔子跑到乌龟出发的位置时,这段时间乌龟已经跑了一段距离(当然这段距离有可能很短)。然后兔子又去跑刚才乌龟跑的那段距离。而这时候,乌龟又跑了一段距离(当然这段距离可能更短).然后兔子又要去跑乌龟刚跑的那段更短的距离.......然后给人一种感觉,兔子永远都追不上乌龟。永远都跟在它的后面跑。

根据罗素悖论,兔子却追不上乌龟,不过这个问题已经在现代分析学中使用级数理论进行了解释,用专业数学术语说,在兔子追乌龟的过程中,使用的时间是收敛的。对,就是大一时常学到的各种收敛。

下面我们抽象一个数学模型解释这个问题。假设乌龟在兔子的前面距离为S,兔子的速度为V1,乌龟的速度为V2,,在追的过程中使用的总时间记为T.(其中V1>>V2)

记 C=V2/V1

下面分析一下这个问题,当兔子跑间隔S这段距离花的时间 T1=S/V1.

在这段时间之内乌龟又跑了的距离 S1=T1*V2

而跑完乌龟刚跑完的这段距离兔子又花了时间 T2=S1/V1=S*V2/(V1*V1)=(S/V1)*C

在T2时间之内乌龟又跑了 S2=T2*V2

而兔子跑完这段距离花的时间 T3=S2/V1=(S/V1)*C*C

...

从上面的分析不难得出总时间 T=T1+T2+T3+.....

T=S/V1+(S/V1)*C+(S/V1)*C^2+...=(S/V1)(1+C+C^2+C^3+...)

不难看出此为一个等比数列(在数学分析中称为几何级数或等比级数)

我们用极限理论简要分析一下(几何级数中因为C<1,很容易得出它是收敛的,收敛的结果为 S/(V1*(1-C))=S/(V1-V2),这和我们用小学数学算出的追赶时间是一致的,哈哈哈 )

利用等比数列的求和公式:

T=(S/V1)*(1-C^n)/(1-C) ---C<<1

当n趋向于正无穷大时:C^n趋于0,所以

T=S/(V1*(1-C))=S/(V1-V2)

证毕

经过上面的一系列分析,龟兔赛跑的追赶时间是收敛的,且毫不意外的收敛于 S/(V1-V2)。所以兔子是能够追得上乌龟的。时间即为该收敛时间。

你不知道的事情永远会觉得她很神秘,如果想这种神秘感不复存在就试着去了解她,理解她,掌握她,进而控制她,直至最后占有她!所以,数学或许也没有我们想的那么神秘那么深奥吧,只是自己一不小心跑偏了,错过了与数学那可能会发生的美丽的邂逅。不过,数学院向来是有很多学霸的,他们对于数学肯定是有更多的感悟的,我也得多向他们学习。

最近大一的学弟学妹都刚刚经过期中考试的洗礼,或许用“打击”这个词可能更贴切吧,大部分同学的成绩不甚理想,自己当年也这样过来的,数分高代两门加起来才80多分,当时自己好像还挺乐观。作为一个经历过这些的老学长,只是想说在这个阶段完全没必要现在就否定自己,毕竟大学刚刚开始,每个人都像是一张白纸,最开始的几笔确实很简单,到现在这个阶段几乎也还是空白的,这并不妨碍之后创作更美丽的画卷。每个人都是有无限潜力无限可能的,虽说早已不是新的存在,但永远都无可替代的,而且都可以成为自己生命中的天才。现在发现了问题,去改不就行了,反正还手握大把时间,大学还有将近4年呢。

简单举个例子,大学里学的数学分析,说白了就四大块:数学分析引论(就是目前正在学的这一部分),微分学,积分学,无穷级数与反常积分,嗯嗯,它们还是很难的,所以学习数学没有什么捷径可走的,潜心钻研才是王道。数分高代解几的学习方法什么也不作赘述,想必大家从各方面已经了解不少,主要是我自己也没学好呀,不敢误人子弟。当然,发现其中的奥妙学习起来可能会轻松些吧,只可惜我自己到现在都还没发现,如果去请教下老师还有高年级的学霸们,那肯定会收获满满的呀。

反正还没写完,那就未完待续,争取每天更新一点吧。

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