1.光的智慧:
光在同一種介質沿直線的傳播。
讓我們一起來回憶一下中學都做過的一道幾何題:
小明(小明又中槍……)從A點去河CD打水至B點,求最短路線?
雖然簡單,但是這個應用使用的也是最簡單的定理:2點之間直線最短!解答方式可如下:
可以看出動點E在CD上移動,只有在AEB`在同一直線時,路線最短。
此時的AEB線,也是光從A點出發到達B點所必經過的E點,光竟然會每一次都找到最短的路,真是神奇的大自然,……那么我們再加強一下下:
還有一個規律:如果EF垂直於CD,那么角AEF = 角BEF,這就是眾所周知的光的反射定律啦,光纖里面就是應用的光的這個特性,突然想起中學時,化學老師說一切物質都是由元素組成的,下面一位同學立即說到:那么光是由什么元素組成的呢?時,老師一時詞窮的表情。
那么機智的朋友們,題1:怎么解釋光是由什么組成的呢?難道光不是一種物質么?歡迎大家在評論里一起鑽牛角尖 :P PS:吐槽下,最近不能google,還是不方便很多。
也許你會想連貓看到一只老鼠也會選擇直線跑過去,這算那門子的聰明,其實,貓走直線的原因也是光由直線傳播的原因才會走直線的啦,想想海市蜃樓,想想一支筷子插透明水杯時的折角,如果光一直都不是直線傳播的,那眼神要怎么扭曲才好使哈,那么怎么解釋海市蜃樓呢,怎么光有時會變傻,不走直線?
其實仔細一下這是是一種舍近求遠的大智慧啦。折射定律!
那么現在把上面小明的情況改一下:小明要把從A點從A點運至B點,在ACD平面是水泥地,速度為u m/s,而在BCD面是海灘,速度為 1 m/s,那么走AEB這條直線雖然是最短路線,但用時最短的路線是?,因為在水泥地里快一占,自然小明會想多在水泥地里面走一會
所以路線必然是AE`B,(E`B重合)這個E`就是一個臨界點,如果E`住左或往右移動,總時間就會增加!
神奇的是:光每次都能准確地算出這個E`的位置,為了最快!最快的穿過!其實光只是想盡方法要走一種最快的路線!
哈哈,光真是一種神奇的存在!!!
最后:加強一下對剛才的理解:題2:求下圖從小明從A點到河OB上一點撿個石頭B` ,再由B`到河OC上一點C`撿個石頭,再由C`回到A的最短路徑(其實就是找AB`C`三角形最小周長啦!【如果你覺得有意思,那么請想辦法用最辯簡潔的語句表達出來哦】
上面和我們說的不等式有什么聯系呢?
我們仔細想想,怎么算出折射定律中的E`點位置?
求Time不等式的最小值!我們只要對這個不等式求導數(導數就是一個局部性質,就是描述這一點上附近的變化率,我們所求的E`就是要導數為0,因為不管是E`往左移,還是往右移,都是變大的:
所以對x求導得:
這就是 sinAE`F/u = sinE`BD 這就是折射定律的公式啦!
是不是很好玩!總結一下就是微積分求導可得不等式的的極值問題。
說到這里:實然想到:一個等周長下圓的面積最大的直觀理解(擴展到三維就是等表面積,圓的體積最大):
1.1 首先我們把周長為c的線分成2段:每段長c/2
直觀上理解:這2段用c/2分出來的圖形必然是相相對稱的:如果他它不對稱,那么這就可以把大的那一邊對稱過去,讓兩邊都達到最大,所以可以直觀的理解到:得出來的最大面積圖形必然是一個對稱圖形。
1.2 現在我們只要求出c/2得到的面積最大
也就是說AC定長CB也定長時,用它會去圍一個三角形,什么最大?S = AC*BC*sin角ACB/2 當角ACB = 90度時,面積就達到了最大,那么我們不斷的重復這個舉動,就可以得到當C點一直在角ACB上的圖形移動時,時刻能保持最大面積,
所以沒有比時刻保持角ACB為直角的圖形圍的面積更大了,這時就是最大。
1.3然后我們來證明:以直徑AB為邊,C點在圓上的為直角三角形:
O為圓心,所以OA = OB = OC 所以由等腰三角形2角相等:角OAC = 角OCA ;角OCB = 角OBC,
所以角OAC+角OBC = 角OCA+角OCB = 角ACB
又因為三角形內角各為180度,角OAC+角ACB = 180度,所以角ACB是直角!!!
期待機智的博友折騰下題1,和題2,很好玩哇,大家一起玩!
神奇的大自然,圓圓的露珠: