速降线的历史:从光类比到变分法
|
速降线问题是一个经典的变分问题,它问的是:在给定两个不同高度的点之间,什么样的曲线可以使一个沿着它滑下的物体用最短的时间到达另一个点? 这个问题在数学和物理学的发展中起了重要的作用,它激发了许多著名的数学家和物理学家的创造力和竞争力,也催生了变分法这一数学分支。本文将介绍速降线问题的历史和两种解法,一种是利用微积分和欧拉-拉格朗日方程,另一种是利用费马原理和光的折射定律。 速降线问题最早可以追溯到17世纪初,当时意大利物理学家伽利略在研究自由落体运动时,提出了一个类似的问题:如果一个物体从一个斜面上滑下,它会沿着什么样的斜面用最短的时间到达底部?伽利略错误地认为,这样的斜面是一条直线或者一段圆弧。他在1638年出版了《关于两门新科学的对话》,其中包含了他对这个问题的讨论和推理。 伽利略的错误没有被及时发现和纠正,直到1696年,瑞士数学家约翰·伯努利在《教师学报》上正式提出了速降线问题,并向全欧洲的数学家发出挑战,要求他们在六个月内给出正确的答案和证明。约翰·伯努利自己也给出了一个解答,但他没有公布,而是等待其他人的回应。 约翰·伯努利的挑战引起了轰动,很多数学家都参与了竞赛,其中包括他的哥哥雅各布·伯努利,德国数学家莱布尼茨,法国数学家洛必达,以及英国物理学家牛顿。他们都在截止日期前寄出了自己的解答,有些还用了化名或者匿名。其中牛顿是最晚收到挑战信的,据说他只用了一天就解决了问题,并写道:“我不想浪费我的时间来解决这样一个简单的问题。” 所有这些解答都得到了正确的结果,即速降线是一条摆线(又称旋轮线或圆滚线),也就是一个固定在平面上滚动的圆周上某一点所形成的轨迹。不过,他们使用了不同的方法来推导和证明这个结论。
|
相关文章
热销商品
淘苏丽羊驼高定长款101801爆款大衣双排扣女长款秋冬毛呢外套
苏丽羊驼高定长款101801爆款大衣双排扣女长款秋冬毛呢外套
¥398 领券购买
淘新中式窗台垫硅藻泥吸水速干防护垫窗沿长条保护垫防尘卧室飘窗垫
新中式窗台垫硅藻泥吸水速干防护垫窗沿长条保护垫防尘卧室飘窗垫
¥8.5 领券购买
天红蜻蜓正装乐福鞋男春季新款男鞋男士真皮一脚蹬软底男款商务皮鞋
红蜻蜓正装乐福鞋男春季新款男鞋男士真皮一脚蹬软底男款商务皮鞋
¥234 领券购买
淘18寸登机箱行李箱男女横款可上飞机免托运小型轻便拉杆密码方形20
18寸登机箱行李箱男女横款可上飞机免托运小型轻便拉杆密码方形20
¥52 领券购买
天孕妇套装短袖薄款宽松休闲印花圆领上衣半身裙2026新款两件套夏季
孕妇套装短袖薄款宽松休闲印花圆领上衣半身裙2026新款两件套夏季
¥101 领券购买
天【自营】ATSUGI/厚木连裤袜丝袜女FP6602抗纯色天鹅绒薄款超薄
【自营】ATSUGI/厚木连裤袜丝袜女FP6602抗纯色天鹅绒薄款超薄
¥15.2 领券购买
淘夏季超火厚底芒果头帆布鞋女鞋2026新款大头透气薄款透气软底板鞋
夏季超火厚底芒果头帆布鞋女鞋2026新款大头透气薄款透气软底板鞋
¥56.8 领券购买
淘鞋有亿 白色1970s半拖厚底帆布鞋男女2026夏季新款一脚蹬鞋子板鞋
鞋有亿 白色1970s半拖厚底帆布鞋男女2026夏季新款一脚蹬鞋子板鞋
¥84.9 领券购买
淘帆布鞋女2026春季新款学生韩版原宿ulzzang鞋子女百搭低帮板鞋潮
帆布鞋女2026春季新款学生韩版原宿ulzzang鞋子女百搭低帮板鞋潮
¥46.7 领券购买
淘品牌玛丽布鞋涂鸦女鞋夏季一脚蹬懒人鞋透气防滑老北京帆布鞋潮鞋
品牌玛丽布鞋涂鸦女鞋夏季一脚蹬懒人鞋透气防滑老北京帆布鞋潮鞋
¥58.6 领券购买
天回力白色帆布鞋女夏季板鞋女2026新款鞋子女透气休闲百搭小白鞋女
回力白色帆布鞋女夏季板鞋女2026新款鞋子女透气休闲百搭小白鞋女
¥65 领券购买
天帆布鞋女春夏2026新款透气不累脚老北京布鞋一脚蹬小码34渔夫鞋女
帆布鞋女春夏2026新款透气不累脚老北京布鞋一脚蹬小码34渔夫鞋女
¥57.8 领券购买
淘黄苦荞茶2500g黄金苦荞麦茶养生茶麦香型特级四川大凉山饭店专用
黄苦荞茶2500g黄金苦荞麦茶养生茶麦香型特级四川大凉山饭店专用
¥8.59 领券购买
天三匠黑苦荞茶正品珍珠茶大凉山荞麦茶官方旗舰店养生茶独立小袋
三匠黑苦荞茶正品珍珠茶大凉山荞麦茶官方旗舰店养生茶独立小袋
¥26.7 领券购买
天黄苦荞茶正品四川大凉山500g麦香型金荞麦茶小袋装特产级饭店浓香
黄苦荞茶正品四川大凉山500g麦香型金荞麦茶小袋装特产级饭店浓香
¥16 领券购买
淘四川大凉山浓香型苦荞茶武林柒姐黄苦荞茶饭店专用荞麦茶全株散装
四川大凉山浓香型苦荞茶武林柒姐黄苦荞茶饭店专用荞麦茶全株散装
¥9.9 领券购买

