一只蚂蚁,以每秒1厘米的速度在弹性绳子上爬行,绳子以每秒2厘米的速度被拉长。绳长2厘米。请问:蚂蚁能否从绳子的一端爬到另一端?
初略估计问题的答案,给出你的想法(不需要严密推导)
如果你认为自己够聪明,不妨写出完整的证明过程或是算法。
一个参考答案:
不能,推导如下(t为秒数):
1.绳子的长度:2t+2;
2.蚂蚁爬过的距离:t;
3.蚂蚁爬过的距离占绳子长度的比例:t/(2t+2)< 1/2;
4.所以蚂蚁永远爬不过绳子的中点(只有蚂蚁过了中点,其速度才能超过绳子增长速度);
5.所以蚂蚁不能到达另一端。
另一个答案:
可以做出来的,用微分方程
绳头的速度永远是2cm/s
故绳子上距离起点s远的一点的速度为
2*[s/(2t+2)]
所以
蚂蚁的速度为
v(t)=1+ 2*[v(t)积分]/(2t+2)
v(t)(t+1)-t-1=[v(t)积分]
t*dv/dt+v+dv/dt-1=v
(t+1)dv/dt=1
dv=d(t+1)/(t+1)
又v(0)=1
所以v=ln(t+1)+1
由于v(3)>2cm/s,所以必然会超越绳头
还有一种解答:
可以这样想:
因为绳子是按比例伸长的,所以...
可以看成绳子的长度不变,是蚂蚁在减速运动。
蚂蚁的初速度是 v0=1cm/s,速度v(cm/s)与时间t(秒)的关系是
v=1/(2t+2).
(v-t图像是双曲线)
当t=e^4时,曲线与坐标轴围成的图形面积是2
所以回答“能”,时间是e^4,约等于54.6秒
请读者自行判断了!