一個人從A點(diǎn)走到B點(diǎn),先走完路程的,再走完剩下路程的,再走完剩下的……如此循環(huán)下去,他永遠(yuǎn)不能到達(dá)終點(diǎn)。
“A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離是一定的,為什么無法走到終點(diǎn)呢?”你開始這樣自言自語。先別急,請聽我慢慢道來。路程是固定的,如果行走的速度確定,通過時間=路程÷速度,那么從A點(diǎn)走到B點(diǎn)所需要的時間就是固定的。先走完全程的,則用時為總時間的;再走完剩下路程的,則用時為總時間的;再走完剩下路程的,則用時為總時間的……每次都需要花費(fèi)一定的時間,雖然時間越來越少,但是會被無限細(xì)分,無窮無盡,沒有盡頭。
這時,問題來了。這些時間的總和會無窮大嗎?下面,我們用1秒時間來進(jìn)行驗(yàn)證。先過完一半,即秒;再過完剩下時間的一半,即×=(秒);再過完剩下時間的一半,即×=(秒);再過完剩下時間的一半,即×=(秒)……時間被無限細(xì)分,但這些時間的總和沒有超過1秒。
為了更清楚地解決上述無窮個數(shù)相加的總和問題,我們把計(jì)算轉(zhuǎn)化為面積求和。
先畫出一個邊長為1的正方形,然后在這個面積為1的正方形里依次可以得到面積為、、、、、……的矩形,雖然個數(shù)有無限多個,但是它們的面積和卻不可能超過1。
烏龜會一直領(lǐng)先嗎?
讓跑得慢的烏龜先行一段路程,那么阿基里斯將永遠(yuǎn)追不上烏龜。這是芝諾給出的結(jié)論。因?yàn)樗J(rèn)為阿基里斯為了追趕烏龜,必須要先到達(dá)烏龜?shù)某霭l(fā)點(diǎn),但在阿基里斯前進(jìn)的同時,烏龜也前進(jìn)了一段距離,阿基里斯又必須跑過這一小段路,而此時烏龜又向前走了一段距離。這樣,阿基里斯和烏龜?shù)木嚯x雖然越來越近,但是他卻不能追上烏龜,跑得慢的烏龜永遠(yuǎn)領(lǐng)先。
芝諾的結(jié)論,聽起來似乎是這么一回事??墒亲屑?xì)一想,又覺得這個結(jié)論是錯誤的。因?yàn)橐罁?jù)芝諾的意思,難道連劉翔、博爾特這樣的飛人也追不上烏龜?想想都覺得不太可能。這其實(shí)就是數(shù)學(xué)上的追趕問題,為了解決疑問,我們不妨用數(shù)學(xué)方法來驗(yàn)證。
假設(shè)阿基里斯的速度是10米/秒,烏龜?shù)乃俣仁?米/秒,兩者距離為100米,那么我們根據(jù)追及時間=路程差÷速度差,計(jì)算得到100÷(10-1)=(秒),即阿基里斯只需要秒便可追上烏龜。我們還可以用列方程的方法解決這個問題。設(shè)阿基里斯追上烏龜需要的時間為t,則有10t=100+t,得t=(秒),也就是說當(dāng)阿基里斯跑過米的時候,他追上了烏龜。
當(dāng)阿基里斯在A點(diǎn)時,烏龜在B點(diǎn);他追到B點(diǎn),烏龜爬到C點(diǎn);他追到C點(diǎn),烏龜爬到D點(diǎn)……阿基里斯離烏龜越來越近,但距離不是0,當(dāng)阿基里斯按這樣的過程去追烏龜,在任何有限次內(nèi)他是追不上烏龜?shù)摹5捎诰嚯x越來越短,阿基里斯跑完這些距離所用的時間越來越少。最后,時間總和為秒。
事實(shí)證明,阿基里斯能追上烏龜,任何速度快于烏龜?shù)奈矬w,都可以追上在前面的烏龜。這既可以用常識判斷出來,也可以通過計(jì)算來驗(yàn)證。芝諾的推理把時間分成無限多份,但所有時間加起來是有限時間,而不是無限長,可芝諾卻將無限份時間換成了無限長時間。
看吧,我剛說什么來著,飛毛腿肯定能追上烏龜。龜兔賽跑中,烏龜能勝,純屬意外,誰讓兔子半路睡大覺。
阿基里斯的飛毛腿稱號總算是保住了啊!