数学教育,一直以来都是我们最不想面对,也不想去学的,原因很简单,在教育这一块,当属数学最难。哪怕是那些最简单的理论,在数学中都是常识的那些,其实我们也不知道它的原理,我们能做的就是跟着用就好了,那么,在我们都认为的数学中两点之间线段最短的结论,这里面都是有很大学问的。

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(1)

就如同这个图,我们从A点到B点,走矩形的边线或走阶梯形的线路,所用的路程是一样的,因为可以看出红色的路线和蓝色的路线是相等的。

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(2)

但是当阶梯状无限小的时候,会无限接近于一条直线,就如图三。

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(3)

假设图1是个正方形,如果设正方形的边长为x的话,那么√2x,两者的差为(2-√2)x,约等于0.586x,也就是说如果正方形边长为1000米的话,两者就相差586米,这是不是很反直觉?如果图3中阶梯形路径的红线和蓝线的长度是无限小,那么图3的图形面积是多少?等于图4三角形的面积吗?如果等于的话,可不可以说两点之间的直线距离和图1、图2的行走方式的距离相等?如果不等于的话,那么图3中图形的面积是多少?

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(4)

这个问题很经典,可以这样理解:无穷小量的积累不在是无穷小量。这个问题我们可以用极限求和来算一算,当然这样的过程就相对来说太繁琐,其实它的诀窍就在于光滑性。简单的来说,阶梯每次细分虽然总长度不变,但是放大到一定程度来看就知道不是光滑的,而是连接阶梯上下的线段却是光滑的,这是理论上的当阶梯无限小时,它并不趋于直线段。

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(5)

更为简单的角度:如果是用弧长公式计算线段AB的长度,不能用图2中的折线做逼近。用来逼近曲线的每段折线段的端点都必须在曲线上。下图中蓝色的折线段可以用来计算AB的弧长,而红色的不可以。把AB“拉直”成为线段,Ak-1,Ak,Ak 1都在线段AB上,而Pk,Pk 1如同题目中的折线段一样,并不能用来计算线段AB的长度。

两点之间线段最短的对称点(如何理解关于两点之间线段最短的佯谬)(6)

不管怎样,数学就是这样,敢于猜想质疑,你只有在这样的过程中才会有更大的进步,对这种佯谬进行正解的梳理是准确理解概念的一种非常有效的手段。只要你接触教育,接触数学,你只有不断敢于尝试,不断推理,你会有意想不到的收获的。

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