分圆问题:一个诡异的数列规律

问题: 在圆上任取 $n$ 个点,将每对点用直线连接,并规定三条线不能交于一点,这些直线会将圆分割成多少份? 首先我们列出一些简单情况来寻找规律: $2$ 个点...

August 14, 2018 · 2 min

形象展示傅里叶变换

想象你的麦克风在录制一段由四个纯音同时播放的音频,由于其只能捕捉气压——时间图像,因此最后的结果看起来相当复杂: Pressure-Time 如果给定这样一段音频,该如...

August 12, 2018 · 2 min

如何优雅地解答最难数学竞赛的压轴题

问题: 在球面上随机选择四点组成四面体,问球心落在该四面体内部的概率? 首先将问题简化,考虑二维情形:在圆上随机选择三点 $P_1, P_2, P_3$ 组成三角形,求圆心...

August 10, 2018 · 2 min

用球面映射巧解分赃难题

问题: 一条项链上有 $n$ 种类型的珠宝,每种珠宝的数量均为偶数。问至少需要切几刀,可以将所有珠宝均分? 首先介绍 Borsuk-Ulam Theorem: 想象一个三维空间中...

August 8, 2018 · Updated: Jan 15, 2021 · 2 min

隐藏在素数规律中的 $\pi$

问题: 证明 $\dfrac{\pi}{4} = 1-\dfrac{1}{3}+\dfrac{1}{5}-\dfrac{1}{7}+\dfrac{1}{9}-\cdots$ 使用简单的微积分可以得到: $$ \begin{split} 1-\dfrac{1}{3}+\dfrac{1}{5}-\dfrac{1}{7}+\cdots &= \int_0^1 (1-x^2+x^4-\cdots)dx \\ &= \int_0^1 \frac{1}{1+x^2}dx \\ &= \tan^{-1}(1) \\ &= \frac{\pi}{4} \end{split} $$ 我们选择从另外一种方式来得出这个等式,从圆的定义开始。 计算圆内...

August 8, 2018 · 3 min

最速降线问题

问题: 在只考虑重力作用的情况下,一质点从点 A 沿某条曲线到点 B,问怎样的曲线能使所需时间最短? 这一问题被称为最速降线问题(Brachistoc...

August 7, 2018 · 2 min

用莫比乌斯带巧解内接矩形问题

问题: 对于任意的闭合环路,是否总能在其上找到四个点形成一个矩形? 该问题也被称为内接矩形问题,而内接正方形问题至今没有解答方案。 首先我们不再关...

August 7, 2018 · 2 min

希尔伯特曲线

问题: 如何将二维的图像转化为音乐? 在数学上,即是要寻找一个从像素空间映射到频率空间的一个函数。 首先定义 PHC (Pseudo-Hilbert Curve):将正方形划分为 $2\times 2$ 的...

August 6, 2018 · 1 min

发明新数学是怎样一种体验

问题: 如何使 $1+2+4+\cdots+2^n+\cdots=-1$ ? 全新定义距离函数,同时保持这一函数的平移不变性: $$ \operatorname{dist}(A, B)=\operatorname{dist}(A+x, B+x) \quad \forall x $$ 首先假设 $0$ 与 $2^n$ 距离为 $2^{-n}$,之后通过平移不变性确定...

August 5, 2018 · 1 min

音乐与测度论有什么关系

问题: 假设一位音乐天才,对任何频率之比为有理数的一对音符都觉得悦耳,那么他是否会觉得所有的音符都是悦耳的? 详细说明:当一对音符的频率比为有理...

August 5, 2018 · 1 min