理论教育 趣味几何学:探究头和脚谁走的路更多

趣味几何学:探究头和脚谁走的路更多

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:在儒勒·凡尔纳的小说中,有位主人公似乎做过如下计算:当他外出旅行时,到底是身体的哪个部分走的路更多?假设地球半径为R,你的身高为1.7米,你的脚底走的路为2πR,你的头顶走的路则为2π。因此,你的头和脚所走的路的差为2π-2πR=2π×1.7=10.7(米)答案是,头顶比脚底多走了10.7米。实际上,它也利用了几何学上这个似是而非的道理。很多人会想当然地认为,这个间隙一定比一根头发丝还要细。

趣味几何学:探究头和脚谁走的路更多

在儒勒·凡尔纳小说中,有位主人公似乎做过如下计算:

当他外出旅行时,到底是身体的哪个部分走的路更多?是头顶还是 脚底?

如果我们用一种恰当的方式提出这个问题,不失为一个极具教育意义的几何题。现在,我们研究一下这个问题。

【问题】假设你沿着赤道围绕地球走了一圈,你的头顶比你的脚底多走了多少路呢?

【解答】假设地球半径为R,你的身高为1.7米,你的脚底走的路为2πR,你的头顶走的路则为2π(R+1.7)。因此,你的头和脚所走的路的差为

2π(R+1.7)-2πR=2π×1.7=10.7(米)(www.daowen.com)

答案是,头顶比脚底多走了10.7米。有趣的是,答案与地球半径的值毫无关系,因此不管你环绕地球还是其他行星,如木星或其他很小的行星,结果都是一样的,因为两个同心圆周长差与它们的半径毫不相干,只与两个圆周之间的距离有关。如果将地球的轨道半径增加1毫米,则圆周长度增加的部分,与把一枚5分硬币的半径增加1毫米所增加的圆周长度完全相同。

接下来这个问题同样很有意思,并出现在很多数学游戏题集中。实际上,它也利用了几何学上这个似是而非的道理。

如果我们将一根铁丝绑到地球赤道上,再将这根铁丝延长1米,那么,一只老鼠能从这根松动的铁丝和地球之间穿过去吗?

很多人会想当然地认为,这个间隙一定比一根头发丝还要细。在他们看来,1米跟赤道的长度40 000 000米相比,简直是天差地别!其实,这个缝隙并不小,足足有16厘米,我们可以把这个值计算出来:

16厘米的间隙,一只大猫都能穿过去,更不用说一只老鼠了。

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