极限教学的一个极好例子-----芝诺悖论:一个跑得最快的人永远追不上跑得最慢的人

发布者:     所属单位:灰寨中学     发布时间:2014-07-07    浏览数:111

这是一个非常著名的悖论,用现代的说法就是:“龟兔赛跑”。

 

 

【问题】开始时乌龟在兔子前100m处,若兔子以10m/s的速度匀速向前,乌龟以1m/s的速度匀速向前(即兔子的速度是乌龟的10倍)。
兔子第1次追赶:当兔子跑完这100m时,它花的时间是10s,在这10s里乌龟已经向前走了10m了;
兔子第2次追赶:当兔子跑完这10m时,它花的时间是1s,在这1s里乌龟已经向前走了1m了;
兔子第3次追赶:当兔子跑完这1m时,它花的时间是1/10s,在这1/10s里乌龟已经向前走了1/10m了;
...
兔子第n次追赶:当兔子跑完乌龟走的(1/10)^(n-3)m时,它花的时间是(1/10)^(n-2)s,在这段时间里乌龟已经向前走了(1/10)^(n-2)m了;
...
这么一直下去,兔子貌似永远也追不到乌龟了。中国古代语:一尺之椎,日取其半,万世不竭!按照这个意思,兔子跟乌龟这么下去总是相差那么丁点的距离。可怜的兔子啊~
可是我们常识知道,这个兔子肯定是能追上这个乌龟的。这其中的问题到底出现在哪儿呢?

【解释】我们知道,这个兔子肯定能够在有限的时间追上这个兔子,而且我们也能够具体计算出来兔子与乌龟相遇的时间和位置。那芝诺的这个解释问题出在哪儿呢?
兔子追上乌龟所走的路程s = 100 + 10 + 1/10+ …+(1/10)^n+…
记:
Sn = 100 + 10 + 1/10+ …+ (1/10)^n;
则可计算得Sn = 1000/9[1- (1/10)^n],故s=limSn (n->无穷) =1000/9.

 

      我们知道,兔子肯定能走完1000/9m。这是一个有限的距离,芝诺想在这段有限的距离之内标出无限个位置,说兔子经过这无数个位置就达不到这有限的距离,这不是一件很荒唐的事情吗?
      至此,这个悖论到这儿已经水落石出了。我们说兔子追不上这个乌龟,是说兔子在追赶乌龟的过程中走了无穷远。而事实上,他只用了有限的距离。

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