一道可愛萌趣的題目 星星守護者需要多快,才能將星星匯聚到同一點?

時間 2021-10-19 21:39:35

1樓:何樸藩

問題很有趣。我猜是g>3,但還沒完全證出來,現在能證3是下界(其他回答給了4是上界)。我先拋磚引玉,有想法了再補充。

定理1. 最後四星合併時守護者必然可以移動到合併點。

證明:顯然g>1且需要發生攜帶。那麼讓守護者追隨最後一次釋放的星星運動即可。■

定理2. 如果速度g能夠最終在某點處合併四顆星,那麼同樣的g也一定能夠在原點處合併。

證明:假設存在P點合併的方案,那麼根據對稱性,也存在P關於原點對稱點Q處合併的方案。那麼先做P點合並且守護者也移動到P,然後不妨設星星相遇後會繼續前行,那麼只要相遇後再原地等待1秒,就回到了類似初始的情形。

此時再做一次相對Q點合併,就得到了原點合併的方案。■

定理2的推論:如果在原點合併無解,則在任意點也無解。

定理3. 有解則g>3。

證明:為了能夠合併於原點,考慮某顆星到原點的距離S是關於時間的函式。假設在T時間內,這顆星有A時間是被攜帶的。

那麼T-A時間是以1速度遠離。為了得到乙個S的下界,根據位移可分解的性質,不妨設遠離在先,攜帶在後,有

S(T) >= 1+(T-A)-Ag = T+1-(g+1)A

若算四顆星的距離和,則

sum S(T) >= 4T+4-(g+1)(sum A) > 4T+4-(g+1)T > (3-g)T

所以如果g<=3則S(t)>0永遠無法合併。也就是說有解必須g>3。■

乙個更利於理解的思路是:假設不攜帶星星時守護者是可以瞬移的,那麼如果乙個g對於瞬移版問題無解,對原問題也一定無解。最理想的瞬移就是把時間無限微分給四顆星星,每顆能分到g/4的向內速度和3/4的向外速度。

2樓:

這麼可愛萌趣的問題沒人願意回答嗎?我來拋個磚吧~

結論:守護者的速度g=4是可行的。

首先注意到,星星與守護者的初始距離無關緊要。假如在初始距離為1時守護者利用某種行動方案經過時間t將星星匯聚在了同一點,那麼在初始距離為x時,守護者可以用同樣的的行動方案(放大x倍)經過時間xt完成任務。知道了這一點,我們假設開始時星星距離原點距離為1,且守護者在北星處。

守護者可以執行以下步驟:

帶著北星向南,遇到南星時放下北星,帶上南星向北到 (0,1)座標處。此步驟耗時 . 結束時四顆星的座標分別為N(0, -1), S(0, 1), W(-2.

33, 0), E(2.33, 0),且守護在南星處。

守護者放下南星,向座標(-1.86, 0)直線前進,在該處遇到西星。此步驟耗時 .

帶上西星向東到座標 (0, 3.1)處可與東星相遇,在途中某處(具體何處由下乙個步驟確定)放下西星。此步驟耗時 .

遇到東星後帶上向西到座標 (-0.74,0)處。此步驟耗時 .

上一步驟中放下西星的位置需要使得在當守護者和東星到達 (-0.74,0)時,西星剛好在 (0.74,0)處。

步驟4結束時,距離步驟1結束時已經過去了 單位時間,因此此時四顆星的位置分別為N(0, 1.73), S(0, -1.73), E(-0.

74, 0) W(0.74, 0),且守護者在東星處。

聰明的讀者有沒有發現什麼?對!此時守護者實際上又回到了步驟1結束時的情況,只是旋轉90度且尺度縮小了0.

74倍!因此守護者又可以重複以上流程(注意按照乘以0.74等比例縮小),再次完成四個步驟後距離又將縮小0.

74倍。因此,守護者可以在有限時間內,完成無數次重複的流程,最終將四個星星匯聚在一點。守護者完成任務需要的總時間

注:g=4肯定不是最小的g,一是因為上面的策略還有可以從微觀上進行改進的方面,二是上面的策略從大方向來說也不一定是最佳的~

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