在机器时代，作为机械构造的理论工具，连杆系统曾一度成为数学界中最热门的话题。所谓连杆系统，就是一些刚性的小杆在端点处以转轴的方式相连，形成的一个机械装置。固定某些顶点的位置之后，其余的动点就能画出一些有趣的轨迹。比方说，固定线段 AB 的其中一个端点 A ，则顶点 B 将描绘出一个绕 A 点的圆周。
连杆系统最激动人心的，莫过于一些简单的连杆装置能够描绘出非常复杂的曲线。例如，上面的右图就是由五根相同长度的线段构成的连杆。固定 A 、 B 两个端点后，显然 C 和 D 描绘出的都是圆弧，但 E 点的轨迹就很难以想象了。事实上， E 点的轨迹相当的诡异，需要用一些复杂的代数语言才能描述。
你相信吗，仅仅利用一张日落的照片，你就能得出地球的半径大小！ Princeton 大学的 Robert Vanderbei 在最近的一篇论文中对一张摄于密歇根湖的日落照片进行了分析，不但证实了地球是圆的，还依据照片上的内容对地球半径进行了估算。我把计算的大致过程向大家描述一下，供大家膜拜。
事情的起因就是上面这张很平常的日落照片，以及这样一个大家平时并没有太在意的问题：太阳露出水面的部分应该是一个标准的弓形，但为什么在日出日落时，我们所看到的太阳是一个橄榄球一样的形状？大家或许会很快想到，发光体的下半部分其实是日光反射在水面上造成的。随之产生的是另一个问题：为什么它的下半部分要比上半部分小一些呢？
刚才看到这个很漂亮的无理数 e 的近似表达，它恰好用到了 1 到 9 这 9 个数字。
猜猜看它能精确到 e 的小数点后多少位？ 10 位？ 100 位？ 1000 位？ 10000 位？
承认选择公理可能给我们带来很多有悖于直觉的结论。最著名的例子可谓 Banach-Tarski 悖论了：你可以把一个三维的实心球分成有限多块，通过刚体移动把它变成两个和原来一模一样的球。本 Blog 还介绍过另外一个有趣的结论，它违背常理的程度也不亚于 Banach-Tarski 悖论。今天，我给大家看一个比这些悖论更加荒唐的结论：利用选择公理，我们可以实现预测未来！
在探讨这个话题之前，我们得先为“预测未来”建立一个合理的数学模型。我们假设，对于任一时刻，宇宙中的所有信息都可以编码为某个状态值，我们就把它叫做宇宙的一个“点状态”。宇宙中所有可能的点状态就组成了宇宙的“状态集合”。以数学的眼光看宇宙，一个宇宙也就无非是一个一元函数 f(t) 。它的定义域是整个时间轴 R ，它的值域是宇宙的状态集合，预测未来也就仅仅是根据已知的函数值来推测未知的函数值罢了。假设我们已经知道在区间 (-∞, t0) 上函数的所有取值，如果你能据此给出 f(t0) 的精确值，我们就说你成功地预测了 t0 时刻的宇宙状态。当然，仅凭借过去的信息你是不可能保证猜对 t0 时刻的点状态的，例如对于两个只在 t0 处有区别的宇宙，算法最多只能猜对其中一个宇宙在 t0 处的状态。但你相信吗，存在一个算法，使得我能正确预测几乎所有时间点的宇宙状态。换句话说，我能构造出这样一个算法，使得除了可数个点以外，给定任意一点以前的全部函数值，我都能套用该算法猜对该点的点状态。再换句话说，利用这个算法预测任意时刻的宇宙状态，成功的概率为 1 。
下面是一个有趣的小把戏：拿出一个科学型计算器（就比如说 Windows 计算器），确认你的计算器使用的是角度制。然后，输入 55555555 ，按 1/x ，再按 sin ，然后看看你的屏幕……神奇吧！如果你觉得还不够精确，输入 55555555555555555555 ，再依次按下 1/x 和 sin 看看……
事实上，sin( (1 / 55555555555555555555)° ) = 3.141592653589793238494059.. * 10-22 ，前 20 位都和 pi 的值一模一样。显然，这绝对不可能是一个巧合。那么，这究竟是为什么呢？
注意到 1/180 = 0.00555555... ，换句话说 55555..55 （连续 n 个 5 ）的倒数就近似于 180 * 10-n-2 。另外，当 x 很小很小的时候， sin(x) 会与 x 非常接近，但在角度制中，我们必须写作 sin(x) ≈ (pi / 180) x 。因此， sin(1 / 55555..555) ≈ (pi / 180) * (180 * 10-n-2) = pi * 10-n-2
来源：http://divisbyzero.com/2010/02/17/the-math-behind-a-neat-calculator-trick/
Math Horizons 杂志 2010 年 4 月刊上发表了一个有点搞笑的题目，很有些愚人节玩笑的味道。
观察下面这个分式方程：
它可以化简为 x^3 - 42x + 36 = 0 ，如果分式方程存在整数解，这个解一定是 36 的约数。把 36 的约数一个一个代进去便可得到，这个分式方程的唯一整数解为：
现在，你能快速求解出下面这个方程的整数解吗？
只需要注意到，新的分式方程是由原方程旋转 180 度得到的，因此它的解应该为：
有意思的是，这个“推导”虽然是荒谬的，但 x = 9 真的就是第二个方程的唯一整数解！
来源：http://www.cut-the-knot.org/proofs/FalseSymmetry.shtml
大家或许知道 Banach-Tarski 悖论——把一个三维球分成有限多份并重新拼成两个和原来一模一样大的球——这个悖论告诉我们利用选择公理我们能够推出看上去多么不合逻辑的东西。今天我听说了另一个类似的悖论叫做 Sierpinski-Mazurkiewicz 悖论，它的结论在直观上同样令人难以接受，并且推导不依赖于选择公理。
Sierpinski-Mazurkiewicz 悖论是说，存在平面上的一个点集 S ，我们能把它划分成两个子集 A 和 B ，使得 A 旋转 1 弧度后与 S 完全重合， B 平移一个单位后也与 S 完全相同。换句话说，存在这么一个点集，我们能把它分成两个与自身一模一样的子集！这听上去实在是不可思议，然而构造却极其简单。
紧接着，我们想问：是否任意一个多边形内都能找到内接矩形呢？有意思的是，答案也是肯定的。但此时，前一节我们用到的两种证明方法现在都派不上用场了，我们需要用到一些全新的手段。下面这个证明真可谓是巧妙到了诡异的地步，真不知是谁想出来的。
对于多边形边界上的任意两点 A(x1, y1) 、 B(x2, y2) ，作出它们在三维空间中所对应的点 ((x1+x2)/2, (y1+y2)/2, √(x1-x2)^2+(y1-y2)^2) 。换句话说，把多边形放在水平面 z=0 上，对于多边形上的每一组无序点对 A 、 B ，在线段 AB 中点的正上方 |AB| 处作一个点。再把这个多边形本身加进去，我们就得到了一个三维空间中的封闭曲面。
可以看到，图中所示的例子中，这个曲面与自身相交了。这就表明，存在多边形边界上的两组点对 A 、 B 和 C 、 D ，它们满足线段 AB 和 CD 的中点重合，并且两线段一样长。这样，四边形 ABCD 就是多边形的一个内接矩形了。下面我们将说明，这个曲面一定会与自身相交。
Matrix67 |
2010-06-22 4:45 | 
