有趣的数学 最速降线与等时曲线问题

        1696年,约翰·伯努利(JohannBernoulli,1667-1748)向全世界的数学家提出自己已解决了最速降线的问题。最速降线指物体在两个点之间最快降落的路径。也就是说,当一个球以零速度开始滚动,在时刻受到地心引力作用并且假设没有任何外在摩擦力时,最快降落的路径。

        伯努利并不是第一个解答最速降线这个问题的人。伽利略1638年就在倾斜的平面上进行了类似的实验,但是他却得出了错误的结论,认为最速降线应该是一段凹形的圆弧。

        在经过莱布尼茨、牛顿与约翰伯努利等人的辛勤研究之后,伯努利的哥哥雅各布找到了最终的答案。

        1659年,克里斯蒂安·惠更斯( Christian Huygens ) 解答了另一个问题,等时曲线问题。等时降落轨迹或等时曲线,都是指一个球在没有受到任何摩擦力,只受到重力影响的情况下,从高处落到低处所形成的曲线。这个过程与球所放的起点无关。他证明了摆线也是一种等时曲线。他的发现对于设计等时性的摆钟是至关重要的。

        若是按照如下四种不同的路径释放这些球体,你知道哪个球会最先到达斜坡的底部吗?换句话说,最速降线会形成怎样的曲线呢?在重力作用下,一个物体沿着哪条线降落会比其他路径要快一些呢?沿直线降落速度是不是最快呢?

        等时曲线上的四个球体在不同位置被同时释放,它们将会在同一时间落到最低点。

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