书城科普读物妙趣横生话科学(走进科学丛书)
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第8章 蜜蜂问题

在美国数学界广泛流传着一个解蜜蜂问题的故事。

据说,在一次鸡尾酒会上,许多数学家聚集一堂,欢声笑语,洋溢着轻松愉快的气氛。著名的数学大师、“电子计算机之父”冯?诺依曼端着酒杯,和同行们说说笑笑。一位客人看到冯?诺依曼有时流露出心不在焉、若有所思的样子,知道这是科学家的“职业病”:搞惯了科学研究,做惯了思维“体操”,头脑里不想点问题便好像丢了什么东西似的。于是,他想出了一个问题。

“你好,冯?诺依曼先后,想做游戏吗?”

“游戏?”他指了指头脑,说:“它正想活动活动,做做思维游戏呢!”

“我这里有一个蜜蜂问题。两列火车相距100英里,在同一轨道上相向行驶,速度都是每小时50英里。火车A的前端有1只蜜蜂以每小时100英里的速度飞向火车B,遇到火车B以后,立即回头以同样的速度飞向火车A,遇到火车A以后,又回头飞向火车B,速度始终保持不变,如此下去,直到两列火车相遇时才停止。假设蜜蜂回头转身的时间忽略不计,那么,这只蜜蜂(冯?诺依曼插话:好一只超级蜜蜂!)一共飞了多少英里的路?”

冯?诺依曼,这位20世纪最杰出的数学家,心算能力极强,不用笔和纸就能熟练自如地进行计算。据说,他6岁就能心算8位数的除法,十来岁时就掌握了微积分,中学时在匈牙利数学竞赛中名列第一。他的老师、著名的数学家、教育家波利亚回忆说:“约翰(冯?诺依曼的名字)是我惟一感到害怕的学生,如果我在讲演中列出一道难题,那么当我讲演结束时,他总会手拿一张潦草写成的纸片,说他已把难题解出来了。”

这时,把解答有趣的数学题作为一种积极的休息,作为参加一种游戏,冯?诺依曼没有用简单的算术方法,而是别出心裁地采用了高等数学中一个巧妙的解法,很快地解出了这个问题。

如果你直接从蜜蜂往返飞行的路程去求解,那就很复杂了;而间接用蜜蜂飞行的时间来求解,那非常简单。

因为两列火车相距100英里,以每小时50英里的速度相向而行,所以,它们相遇时所经过的时间是1小时。而蜜蜂在这一段时间内,不停地在两列火车之前往返飞行,蜜蜂飞行的全部时间正好是两列火车相遇的时间。所以,蜜蜂在这1小时内,正好飞行了100英里。

有趣的是,我国著名数学大师苏步青教授,在一次出国访问时,脱口而出地解出了一位外国数学家提出的和“蜜蜂问题”类似的“猎狗问题”:猎人甲带着他的猎狗到120公里外的猎人乙家去作客。当甲出发时,乙也正好走出家门去迎接甲。甲每小时走10公里,乙每小时走20公里,猎狗每小时走30公里。当猎狗先与乙相遇后,又返回来迎接甲,与甲相遇后,再转身去迎接乙。这样,猎狗就在甲、乙之间往返奔跑。

问:当甲、乙相遇时,猎狗一共跑了多少公里路?

因为猎狗往返奔跑的全部时间,正好是猎人甲、乙相遇的时间:120÷(10+20)=4(小时),所以,猎狗一共跑的路程是30×4=120(公里)。