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《數學心》第546章 莫澤的移動沙發轉彎問題
  早在1966年,數學家莫澤(Leo.Moser)就提出了這個移動沙發問題。

  在單位寬度的走廊中,可圍繞直角移動的最大面積的平面形狀是什麽?

  適應轉角的最大沙發也被稱為“沙發常數”,其數值等於沙發最大的橫截面積

  通俗點說,誰能用最大的沙發完美通過90°的急彎,誰就是數學界的“秋名山車神”。

  在這場漂移過彎的比賽中,每個數學家都紛紛施展渾身解數,暗下決心要將沙發秀起來。

  就在問題被提出的同年,有人馬上想到了正方形過彎法。

  正方形沙發過彎

  【沙發系數=1X1=1】

  這個不用轉動車頭的硬核過彎操作,甚至讓我們一下子就聯想到推箱子遊戲,簡單粗暴的同時帶有一點愣頭青的味道。

  雖然這個辣眼睛的操作,並不能得到數學家們的一致認可,但卻打響了沙發問題的第一炮。

  沒過多久,數學家們對正方形沙發重新進行構想,采用了半圓的設計理念。

  這個設計的神奇之處在於,過彎時,圓心會固定在轉角的頂點處,圓弧會緊貼走廊邊。

  這次,數學家們終於成功讓沙發頭轉起來了!

  而更讓他們感到興奮的是,半圓形的改裝使得沙發常數大大提高,一下子躍升到 1.57。【沙發系數=(π×12)/2≈1.57】

  雖然半圓沙發取得了階段性的突破,但是問題也非常突出:看起來不太像沙發,反而有點像量角器。

  他把上面的半圓形沙發整體拉長,然後再在中間根據頂點處所需要的空間摳掉一部分,設計出一個很像沙發的沙發。

  Hammersley沙發,定義了更高標準的過彎。

  毫不誇張的說,這是沙發問題的裡程碑。

  中間的挖掉的半圓半徑其實可以在 0 到 1 中間任意取值,這些沙發都可以穿過 L 形的走廊。通過對一個二次函數取極值,我們就能求出最終沙發中間部分的半徑應當取為 2/π,那麽這時沙發的沙發常數就變成了

  在很長的的一段時間裡,數學界的大部分人,包括Hammersley在內,都認為Hammersley沙發是完美的,是沙發問題的最終解。

  但同樣作為沙發問題的高玩的Gerver並不這麽認為,他向Hammersley提出了質疑。

  Hammersley不以為然,始終認為Hammersley沙發是最完美的。

  直到1992年,Gerver在Hammersley沙發的基礎上,通過旋轉路徑構建新的形狀,提出了Gerver沙發。

  盡管看起來和Hammersley沙發沒什麽區別,但從數學角度看,你會發現Gerver沙發更加複雜。

  看看下面的圖,刻度線描繪了邊界上不同部分之間的過渡點——3條直線、15條曲線段。

  其中 V, XIII 和 XVIII 三段是線段,

  I, VI, XII,和 XVII 是圓弧,

  II, III, VII, XI, XV 和 XVI 是圓的漸開線,

  IV 和 XIV 是圓的漸開線的漸開線。

  每條曲線段由一個單獨的解析表達式描述。

  這個神似老式電話聽筒的Gerver沙發,硬生生把沙發常數整整往上提升了足足 0.5%【沙發系數≈2.2195】,是目前單個走廊轉角沙發移動問題中尋找到的最優解。

  Gerver沙發是否就是最優的沙發曲線,他不得而知,但他表示最完美的沙發系數應該是在2.2195~2.37之間。

  對於Gerver沙發的現世,數學家們紛紛拍手稱好,除了加州大學戴維斯分校數學系教授Dan Romik。

  據說Dan Romik剛拿駕照沒多久,但卻對沙發過彎問題有著極高的要求。

  他並不滿足於使用Gerver 沙發漂移單個急彎,他認為能完美漂移過二連發急彎的男人才是真正的數學車神。

  為了可以 0 距離感受沙發,他甚至模仿葛優躺在沙發上思考如何優化。

  躺在沙發上的Romik,一下子就想起了類似比基尼的形狀。
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