理论教育 趣味代数学:重要的计算

趣味代数学:重要的计算

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:例如,要计算的是:的值,这种计算在某些时候是非常重要的。但是,按照新的相对论力学,物体的总速度是:这里的c是光在真空中的传播速度,大约是300 000千米/秒。为了解决这个问题,我们需要进行下面的计算。比如,航天技术领域的速度大于10千米/秒,在这种情况下,旧的力学和相对论力学的区别就明显了。

趣味代数学:重要的计算

在实际生活中,有时会使用纯算术计算,如果不借助相应的代数方法,计算起来会非常困难。例如,要计算的是:

的值,这种计算在某些时候是非常重要的。例如,在计算比电磁波的传播速度慢得多的物体的速度时,是否可以采用速度的相加规律,而不用考虑由于相对论引起的力学的变化。在旧的力学原理中,如果一个物体以v1和v2(千米/秒)这两种速度参与同向的两种运动,那么,它的总速度就是(v1+v2)千米/秒。但是,按照新的相对论力学,物体的总速度是:

这里的c是光在真空中的传播速度,大约是300 000千米/秒。

我们来看这个例子,一个物体参与同向的两种运动,两种速度都是1千米/秒,按照旧的力学的原理,它的总速度是2千米/秒,但按照新的相对论力学的原理,物体的总速度是:

这两个结果到底相差多少呢?最紧密的仪器是否能够测量出这种差距呢?为了解决这个问题,我们需要进行下面的计算。

我们采用两种方法完成这个计算:一种是通常使用的算术方法,另一种是代数方法。只要看到下面那一长串的数字,就可以知道代数方法的好处了。

首先,把分数转换一下:

然后,用分子除以分母:

通过上面的式子可以看出来,这种计算不仅费时,还容易出错。解这道题的关键是,上面商中的9到底什么时候才会变成其他的数字。

下面我们来比较一下,用代数方式是多么简单。这时,我们要用到一个近似等式:当a是一个非常小的分数时,那么(www.daowen.com)

很容易证明这个近似等式,只要把除数和商的乘积与1比较就可以了:

1=(1+a)(1-a)

也就是:

1=1-a2

因为a是一个非常小的分数,那a2就是一个更小的分数了,因此可以忽略不计。

把上面的理论应用到我们的计算中[5]

我们得到的结果和用算术方法得到的一样,但快捷得多。

大家可能会产生疑问,上面列举的这道关于力学的题目到底有什么意义呢?这个结果告诉我们,由于力学中的速度比光速小得多,因此用旧的力学计算出来的偏差不容易察觉,甚至是1千米/秒这样的速度也只是精确到小数点后面第11位,而日常技术的应用中仅仅限于小数点后面的四五位而已。所以我们大胆地断言,新、旧力学在处理比光速小得多的速度时,没有什么差别。但是,在现代生活的某些领域,就不是这样了。比如,航天技术领域的速度大于10千米/秒,在这种情况下,旧的力学和相对论力学的区别就明显了。况且,未来可能会出现更大的速度。

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