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數學上十大悖論
數學上十大悖論
更新时间:2024-10-07 17:19:11

  1982年美國高考數學卷上有這樣一道題目,說小圓的半徑是大圓的三分之一,小圓繞着大圓滾回原來的位置需要滾多少圈?

  這道題目在當時引起了很大的轟動,因為30萬人中隻有三個人答對了題目,就連出題人也不會。這就涉及到我們今天所講的“硬币悖論”了。

  什麼是硬币悖論呢?

  數學上十大悖論(硬币悖論原理是什麼)(1)

  将兩枚硬币上下整齊地擺放,然後将上面的硬币沿着下面的硬币滾回原來相交的位置,你會發現上面運動的硬币實際上轉了兩圈,而不會我們想象中的一圈。而這種反直覺的現象就被稱為“硬币悖論”。

  雖然說兩個圓所接觸的路徑是圓周長,但是對于滾動的圓心來說它走過的路徑是原來的兩倍。

  數學上十大悖論(硬币悖論原理是什麼)(2)

  這類題目有一個公用的算法,就是用公轉圓的圓心畫出圓的半徑除以公轉圓的半徑,就可以算出公轉圓的圈數。拿美國高考的數學題舉例,裡面的半徑為3,外面的半徑為1,那麼公轉圓的半徑就是4,就可以很容易得知這道題應該是4圈了。

  知道圈數以後就要不妨思考一下,為什麼外側滾動的硬币會多走一圈呢?

  數學上十大悖論(硬币悖論原理是什麼)(3)

  我們可以假設一個周長為一米的圓在一個一米長的直線上,當圓滾完直線也就結束了一圈。那接下來我們将這根直線折成等邊三角形,會發現這時圓會多轉一圈。

  原來,當圓滾動到拐角時圓心就要轉動120°,經過三個拐角就是360°,這就剛好是多出來的那一圈,接下來我們将直線轉為正方形,五邊形等,都可以發現滾動圓需要走的圈數都要額外加一圈。依次類推,當這個多邊形無限邊到圓時也需要增加一圈。

  數學上十大悖論(硬币悖論原理是什麼)(4)

  這就出現了我們做的硬币實驗,兩個相同的硬币,外圍的會繞兩圈才能回到起點。

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