1.3 把橢圓“捏”成圓
可以注意到圖1.5中弧、
、
、
、
所對的“橢圓周角”(角
、
、
、
、
)都是相等的,等于
。弧
與
對稱,也可以讓它對應“橢圓周角”
,這個角也等于
。聯想到圓中有“等弧所對圓周角相等”的性質,而橢圓中沒有,于是想到如果把橢圓“捏”成圓,會不會有意外發現?
將圖1.5整體在橫向上壓縮到原來的倍,則橢圓就變成了單位圓,如圖1.6所示。
圖 1.6 把橢圓“捏”成單位圓
這樣一壓縮,線段、
、
的斜率就都從
變成了
,各段圓弧(除了
)所對的圓周角也都變成了
。現在可以利用“等弧所對圓周角相等”了——這些圓弧的長度,都等于這個圓周角的2倍,即
。
滑塊的碰撞,可以看成從單位圓上不斷切下一段長度為的圓弧,直到剩余部分長度不超過
為止。而整個單位圓的周長是
(注意
出現了!),于是可以得到總的碰撞次數:
這里的取整符號看起來較復雜,實際想要達到的效果是,一般情況(不能整除時)向下取整,特殊情況(能整除時)取商再減一。請讀者自行驗證。
由式(1.4)可以算出,當兩個滑塊質量相等時,,碰撞總次數為3。而當兩個滑塊質量懸殊時,
會很小,此時
可以直接用
來近似表示,于是碰撞總次數約為
。當兩個滑塊的質量之比
是100的冪時,
就是10的冪,這就解釋了碰撞總次數為什么會恰好是
去掉小數點后的前若干位。