一个人从A点走到B点,先走完路程的,再走完剩下路程的,再走完剩下的……如此循环下去,他永远不能到达终点。
“A点到B点的距离是一定的,为什么无法走到终点呢?”你开始这样自言自语。先别急,请听我慢慢道来。路程是固定的,如果行走的速度确定,通过时间=路程÷速度,那么从A点走到B点所需要的时间就是固定的。先走完全程的,则用时为总时间的;再走完剩下路程的,则用时为总时间的;再走完剩下路程的,则用时为总时间的……每次都需要花费一定的时间,虽然时间越来越少,但是会被无限细分,无穷无尽,没有尽头。
这时,问题来了。这些时间的总和会无穷大吗?下面,我们用1秒时间来进行验证。先过完一半,即秒;再过完剩下时间的一半,即×=(秒);再過完剩下时间的一半,即×=(秒);再过完剩下时间的一半,即×=(秒)……时间被无限细分,但这些时间的总和没有超过1秒。
为了更清楚地解决上述无穷个数相加的总和问题,我们把计算转化为面积求和。
先画出一个边长为1的正方形,然后在这个面积为1的正方形里依次可以得到面积为、、、、、……的矩形,虽然个数有无限多个,但是它们的面积和却不可能超过1。
乌龟会一直领先吗?
让跑得慢的乌龟先行一段路程,那么阿基里斯将永远追不上乌龟。这是芝诺给出的结论。因为他认为阿基里斯为了追赶乌龟,必须要先到达乌龟的出发点,但在阿基里斯前进的同时,乌龟也前进了一段距离,阿基里斯又必须跑过这一小段路,而此时乌龟又向前走了一段距离。这样,阿基里斯和乌龟的距离虽然越来越近,但是他却不能追上乌龟,跑得慢的乌龟永远领先。
芝诺的结论,听起来似乎是这么一回事。可是仔细一想,又觉得这个结论是错误的。因为依据芝诺的意思,难道连刘翔、博尔特这样的飞人也追不上乌龟?想想都觉得不太可能。这其实就是数学上的追赶问题,为了解决疑问,我们不妨用数学方法来验证。
假设阿基里斯的速度是10米/秒,乌龟的速度是1米/秒,两者距离为100米,那么我们根据追及时间=路程差÷速度差,计算得到100÷(10-1)=(秒),即阿基里斯只需要秒便可追上乌龟。我们还可以用列方程的方法解决这个问题。设阿基里斯追上乌龟需要的时间为t,则有10t=100+t,得t=(秒),也就是说当阿基里斯跑过米的时候,他追上了乌龟。
当阿基里斯在A点时,乌龟在B点;他追到B点,乌龟爬到C点;他追到C点,乌龟爬到D点……阿基里斯离乌龟越来越近,但距离不是0,当阿基里斯按这样的过程去追乌龟,在任何有限次内他是追不上乌龟的。但由于距离越来越短,阿基里斯跑完这些距离所用的时间越来越少。最后,时间总和为秒。
事实证明,阿基里斯能追上乌龟,任何速度快于乌龟的物体,都可以追上在前面的乌龟。这既可以用常识判断出来,也可以通过计算来验证。芝诺的推理把时间分成无限多份,但所有时间加起来是有限时间,而不是无限长,可芝诺却将无限份时间换成了无限长时间。
看吧,我刚说什么来着,飞毛腿肯定能追上乌龟。龟兔赛跑中,乌龟能胜,纯属意外,谁让兔子半路睡大觉。
阿基里斯的飞毛腿称号总算是保住了啊!