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貓抓老鼠(好玩的數(shù)學(xué)智力題)

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 2009-12-14 15:23:28

智能內(nèi)容

  一只貓緊緊追趕著一只老鼠。 就在貓將要抓住老鼠的時(shí)候,老鼠正好跑到一個(gè)圓形的池塘旁邊,縱身跳入池內(nèi),貓抓了個(gè)空。貓舍不得這頓即將到口的美餐,于是盯住老鼠,在池邊跟著老鼠游泳方向跳動(dòng),想等老鼠爬上岸來(lái)時(shí)抓住它。 請(qǐng)問(wèn)貓奔跑的速度至少是老鼠游水速度多少倍,貓才能看住老鼠,使得老鼠一上岸,就被貓逮?假設(shè)老鼠和貓都非常聰明,它們可以任意改變運(yùn)動(dòng)方向而不影響速度。

  難度系數(shù)★★★★★

  注釋:這是一道非常難的題,在IQ出現(xiàn)了至少3次,最早出現(xiàn)是在01年,據(jù)說(shuō)要用高等數(shù)學(xué)的知識(shí)才可解出來(lái)。

  答案:

  本題是需要高等數(shù)學(xué)求解析解,而且還很不好算。我用matlab算了個(gè)數(shù)值解.供參考....

  老鼠在到了1/x的圈上時(shí),與貓的”距離“最遠(yuǎn)為:Pai

  假設(shè)他出這個(gè)圈的點(diǎn)為a 圓心為0

  但這個(gè)時(shí)候沒(méi)有任何理由說(shuō)老鼠走半徑是最優(yōu)的。

  老鼠出圈以后,貓是沒(méi)道理轉(zhuǎn)追方向的,因?yàn)槔鲜笠怀鋈Γ埦湍芸s短“距離”小與Pai ,它改方向只會(huì)讓它從較大交角的那一邊追。明顯化不來(lái)。

  出圈以后還有一點(diǎn)是肯定的:老鼠一定是走直線。不管走什么路徑,最終到外面圓周上以后,走的距離絕對(duì)比圓周上點(diǎn)到出圈點(diǎn)的直線遠(yuǎn),這樣明顯不是最優(yōu)。

  所以我假設(shè)老鼠最終在圓周b點(diǎn)出最外面的圓周,設(shè)角aob為未知數(shù),算x的最大值 x=MAX(cosα + (cosα - 1 + (∏ + α)^2)^0.5)

  MAX為在α可取范圍內(nèi)表達(dá)式的最大值

  其中α的取值范圍為[0,arccos(1/x)] 算出來(lái)就是帖子里的那個(gè)答案

  當(dāng)然,還需要考慮老鼠出1/x圈以后不能右走回這個(gè)圈,所以我在角aob的取值區(qū)間上做了限制,保證了這點(diǎn)。

  用matlab算出結(jié)果:角度取1.1395時(shí)有最大值 4.6303。

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