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上一主题:看相对论是如何偷梁换柱的 下一主题:看来小鹿也得走折线喽!
小猪问题的第二问还未解决
[楼主] 作者:醉放先生  发表时间:2004/02/12 17:56
点击:150次

举一外例子

设鹿圆半径为r,狼是R。圆心与狼圆心重合的鹿圆为K,但鹿运动的圆不一定是K,所以要首先证明角差180度就肯定是最优化的选择,这样走折线的方法才是选择。

走折线我也想过,但总觉得问题不那么简单。

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醉放先生>

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[楼主]  [2楼]  作者:醉放先生  发表时间: 2004/02/12 18:18 

当角差小于π时,鹿与池边距也可小于R-r,小鹿甚至可走正多边形,只要周长小于2πr就可以比狼转得快。


※※※※※※

醉放先生>

 [3楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/12 19:08 

从角差为π的K圆远点切线出逃是双方能达到的最优解的证明(兼回马国梁楼下帖)

第一,如果狼采用如下策略,即使不是最优策略,小鹿也只能从K圆的远点出逃:
小鹿在K圆内时,按兵不动;小鹿到达K圆时,从角差较小的方向一直追击。

故小鹿能够创造的最小起始出逃距离和最大起始出逃角差就是K圆远点。如果小鹿从该点不能逃脱则从K圆内是无法逃脱的。(数学证明部分暂略。相信关注这个问题的朋友在给出逻辑路线后都有这点数学功底进行验证。)

第二,如果小鹿采用如下策略,即使不是最优策略,小鹿也必能到达K圆远点:
径直游向圆心,然后在离开圆心的过程中保持与狼的角差为π,直到到达K圆。

由于在K圆内小鹿的角速度比狼大,所以可以分出一部分构成径向分速度。精确的分析表明小鹿从圆心游向K圆的极限路径是一个半径为KR/2的半圆(在这个半K圆上运动可以达到与狼等角速度,数学证明同样略去,只提醒一下用弦切角定理),狼从背后追击,但角差始终为π。

分析这个过程同样要使用楼下帖子中的“掉头”“虚狼”“对称折向”“δ-ε”方法来排除双方的其它策略选择,以证明这个解是稳定解的极限。

第三,小鹿出逃到K圆外时,从任一点到上岸点的轨迹如果是曲线,则劣于从该点到上岸点的直线轨迹。可以纯以数学手段得到K圆外的最优出逃路径。数学证明如下:

设小鹿在K圆外半径为r的一点上,在该点的瞬时运动方向(与径向的夹角)α应当满足:当半径r变化dr时,小鹿与狼的角距离变化dθ最小,从而小鹿外逃一定径向距离时被狼追近的角距离也最小。该约束条件即是:
dθ/dr=[(vdt)/R-(udt).sinα/r]/[(udt)cosα]
        =(v/R-u.sinα/r)/(u.cosα)
        =(1/R-K.sinα/r)/(K.cosα) 取最小值
使上式取最小值的α满足(对α求导并令导数为零即可得下式)

r.sinα=KR

画一下图就知道这个隐含的微分方程的解就是K圆切线。醉放先生的走多边形的观点不能成立。

提示到这里,第三问的解就快出来,希望大家再努力一把。

最后回答马国梁楼下帖子:

小鹿走折线是当狼采用较差的掉头策略时的对策,正因为有这个对策,狼就不会掉头了,于是小鹿也不用走折线,从而达到极限解——按K圆切线出逃。

[楼主]  [4楼]  作者:醉放先生  发表时间: 2004/02/12 19:38 

您的证明根本不充分,只是先验的东西。
举个例,是否存在这一种情况,鹿走周长小于2πr的正四方形,它的四个顶点与池边相接。如果不存在这样的四边形,是否还有更有利的图形。您只是先验地认为鹿走折线前一定在圆周上。还有,当鹿不是走圆形时,是否角差是π才是最优的,等等。

※※※※※※

醉放先生>

[楼主]  [5楼]  作者:醉放先生  发表时间: 2004/02/12 19:45 

我认为玩物理也好,玩数学也好,其推理都应严谨的。


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醉放先生>

 [6楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/12 19:45 

您在重复早被我解决了的疑问,看一看我所有的帖子吧

 

[楼主]  [7楼]  作者:醉放先生  发表时间: 2004/02/12 20:47 

认真看了一篇,真仍好题目,我收回我的疑问。


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醉放先生>

 [8楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2004/02/12 22:48 

多谢好评。本题确实比我自己开始想象的都要复杂。

本人也认为这是一道题设简单但内容丰富的好题。

每一种思路都有分杈,每一步都涉及逻辑和数学的证明,真是一帖难尽。

多谢您和马国梁先生的关注。

 [9楼]  作者:马国梁  发表时间: 2004/02/13 11:07 

我刚刚证明过了:小鹿在沿切线方向离开r=Ru/v圆后,该方向依然是最佳出逃方向!
我通过求解最佳逃线的极坐标方程,发现它所描述的曲线就是 r=Ru/v 圆的切线!因证明烦琐,此略。
 [10楼]  作者:马国梁  发表时间: 2004/02/13 11:10 

我刚刚证明过了:小鹿在沿切线方向离开r=Ru/v圆后,该方向依然是最佳出逃方向!
我通过求解最佳逃线的极坐标方程,发现它所描述的曲线就是 r=Ru/v 圆的切线!因证明烦琐,此略。
[楼主]  [11楼]  作者:醉放先生  发表时间: 2004/02/13 17:28 

我亦算过,是这样。


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醉放先生>

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