8 Aug

三次方程的三角函数解法

对于解方程,代数学家希望能够从理论上证明解的存在性以及解的求法,所以就有了1到4次方程的求根公式、5次及以上的代数方程没有根式可解等重要理论;然而,通常的学者(如物理学家、天文学家)都不需要这些内容,他们只关心如何尽可能快地求出指定方程的根(尤其是实数根),所以他们通常关注的是方程的数值算法,当然,如果能有一个相对简单的求根公式,也是他们所希望的。而接下来所要介绍的内容,则是满足了这一需要的三次方程的求根公式,其中用到的相当一部分的理论,是与三角函数相关的。

储备

\begin{equation}\frac{2}{\tan 2A}=\frac{1}{\tan A}-\tan A\end{equation}
\begin{equation}\frac{2}{\sin 2A}=\frac{1}{\tan A}+\tan A\end{equation}
\begin{equation}\cos(3A)=4\cos^3 A-3\cos A\end{equation}

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7 Aug

旋转的弹簧将如何伸长(2)?

弹簧

弹簧

上一次我从密度的角度讨论了旋转的弹簧伸长的问题,由于对弹性形变等问题是初涉,所以花了好大功夫。这几天重新认识了一下胡克定律,并且从另外的角度给出了这道题目的一个相对简单的解法。在此把它记录下来,并写写我对弹性形变的一些粗浅看法。

在解答的过程中,我再次体验到了殊途同归的感觉,科学就是这样的奇妙,一个目的地往往有着不止一条道路,不同的道路会给我们不同的科学视觉,最终领略到不同的科学美景;多走几条路,更能够让我们从不同的角度领略美不胜收的科学,这也是众多旅游爱好者不辞千里地观赏美景的原因!

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15 Aug

《方程与宇宙》:拉格朗日点的点点滴滴(四)

The New Calculation Of Lagrangian Point 1,2,3

L2_rendering

L2_rendering

关于n体问题,选择质心或其他定点为参考点,我们可以列出下面的运动方程:
$$\ddot{\vec{r}}_k=\sum_{i=1,i != k}^{n} Gm_i\frac{\vec{r}_i-\vec{r}_k}{|\vec{r}_i-\vec{r}_k|^3}\tag{19}$$
现在我们只考虑三体问题。天文学家一直希望能够找到三体问题的简洁解,可是很遗憾,庞加莱已经证明了三体问题的解是混沌的,也就是说任何微小的扰动都有可能造成不可预料的后果(可以形象的比喻为:巴西的一只蝴蝶翅膀的扇动,有可能因此美国的一场龙卷风)。

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16 Aug

《方程与宇宙》:拉格朗日点,复数,向量(五)

The New Calculation Of Lagrangian Point 4,5

上一回我们已经求出了拉格朗日点L1,L2,L3,并且希望能够求出L4,L5两个点。由于L4,L5与“地球-太阳”连线已经不共线了,所以前边的方法貌似不能够用了。为了得到一个通用的定义,我们可以采用以下方法来描述拉格朗日点:位于拉格朗日点的天体,它与太阳的连线以及地球与太阳的连线所组成的角的大小是恒定的。(这里为了方便,采用了地日系的拉格朗日点来描述,对于一般的三体问题是一样的)

对于L4,L5来说,我们或许可以设置一个新的向量来描述这两点的向径(如$\vec{R}$)。当我们这样做后,很快就会发现这样会令我们的计算走向死胡同。因为我们发现:已知两个向量的夹角和其中一个向量,我们很难把另一个向量用已知向量的式子表达出来。不能做到这一点,就不能找出$\vec{R}$与$\vec{r}$的关系,就无法联立方程求解。难道,我们这一条路走到尽头了吗?一开始BoJone也冥思苦想不得头绪,但是...

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27 Aug

与向量的渊源极深的四元数

当我们在使用向量进行几何、物理研究的时候,是否曾经想到:向量竟然起源于“数”?

当向量还没有发展起来的时候(虽然“有方向有大小的量”很早就被人们认识),复数已经得到了认可并且有了初步应用。当我们把复数跟向量联系起来时,我们也许会认为,因为复平面表示的复数运算与向量有着相似之处,才把复数跟几何联系起来。然而事实却相反,向量是从对复数乃至一种称为“四元数”的东西的研究中逐渐分离出来的。换句话说,历史中出现过“四元数”与向量分别研究几何的阶段,麦克斯韦(Maxwell) 将四元 数的数量部分和矢量部分分开,作为 实 体处理,作了大量的矢量分析。三维矢量分析的建立,及同四元数的正式分裂是18世纪80年代由Gibbs和Heaviside独立完成的。矢量代数被推广到矢量函数和矢量微积分,由此开始了四元数和矢量分析的争论,最终矢量分析占了上风。因而“四元数”渐渐离开了教科书。不过,“四元数”的一些特殊而巧妙的应用,仍然使我们不至于忘记它。

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26 Aug

“用户评价”靠谱吗?

目前,几乎所有的交易网站(亚马逊、淘宝等)都提供了“用户评价”功能,旨在通过购买者来断定产品的好坏。表面看来,这样的做法给予了大众公正、公开的感觉,然而事实果真如此吗?今年的《环球科学》第八期有一篇文章名为《用户评价靠谱吗》,其中谈到了单靠“用户评价”来评论一件产品的好坏具有不公正性。现在一场审判开始了,原告是“用户评价”,被告是《环球科学》的文章,而法官是数学。

淘宝的用户评价-截图

淘宝的用户评价-截图

审判开始了......“用户评价”坚持自己所显示的是符合实际的,《环球科学》则认为其有不合适之处。审判结果如何?

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28 Aug

月球上的多角度反射镜

各反射镜在月球上的位置

各反射镜在月球上的位置

很多读者都听说过,现在地球上可以发射激光到月球,反射回来,通过计算一来一回的时间来测量地月距离。现在问题是,怎样的镜子才能够把来自不同角度的光都以相同的方向反射回去呢?实现这一目的的镜子称为“多角度反射镜”。

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30 Aug

科学空间:2010年9月重要天象

金星最亮相位-201009241900

金星最亮相位-201009241900

随着秋天的到来,飞马四边形已经逐渐取代夏夜银河,成为夜空的主角。虽然秋夜星空中亮星不多,稍显寂寥,但类似仙女座星系这样的深空天体无疑是天文爱好者钟爱的观测目标。此外,本月内木星的观测条件也很好,而偶发流星和流星雨也进入了多发时期,其中九月英仙座流星雨较为值得关注。

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