Естественные науки

Кто поможет решить физическую задачу?

ОЧЕНЬ ПРОШУ СЕРЬЕЗНО ОТНЕСТИСЬ К ЗАДАЧЕ! УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ«Луч света, направленный из вершины куба, отразившись 2008 раз от его внутренних зеркальных стенок (по закону «угол падения равен углу отражения») и не попадая при этом на ребра, заканчивает свой путь в другой вершине куба.Какое наименьшее расстояние может пройти луч света, если длина ребра куба равна 1?»
Lilya_Kr Koba
Lilya_Kr Koba
1 171
Сначала подумал, что трудная задача, но теперь.. .
Предположим для удобства, что куб построен на осях координат Ox, Oy, Oz. Пусть вектор v первоначального направления луча = (a, b, c) (для упрощения задачи будем считать вектор нормированным на единицу: |v| = 1, т. е. a^2 + b^2 + c^2 = 1). Ясно, что при каждом отражении ровно одна координата вектора меняется на противоположную, остальные остаются неизменными.
Причём координата 1 меняется только тогда, когда луч достигает грани x=1 либо x=0, 2-я координата меняется только при достижении грани y=1 или y=0, 3-я координата меняется только при достижении граней z=1 либо z=0. То есть, до следующей смены знака данная координата "пролетит" расстояние, равное стороне куба, т. е. 1. Значит, после первого отражения координата пролетит расстояние 2, после 2-го - 3, ..после n-го - n+1 (т. к. луч начинается в вершине и заканчивается в вершине) .
Пусть 1-я координата испытала L отражений, 2-я координата M, третья N, всего отражений L+M+N = 2008.
Расстояние, которое пролетел луч, корень ((L+1)^2 + (M+1)^2 + (N+1)^2), обозначим через R.

Значит, наш вопрос сводится к нахождению минимума функции R при условии L+M+N = 2008, причём известно, что L, M, N - целочисленные.
L = 2008-M-N,
R = корень ( (2009-M-N)^2 + (M+1)^2 + (N+1)^2) = корень (4036083 + 2*M^2 + 2*N^2 - 4016*M - 4016*N - 2*M*N)

Производные умеете находить? Дальше экстремум функции сами найдёте?
Владік Баран
Владік Баран
54 366
Лучший ответ
Владік Баран Необходимое условие экстремума: обе частные производные dR/dM и dR/dN должны существовать и быть равными нулю.
dR/dM = 4*M - 2*N - 4016 = 0
dR/dN = 4*N - 2*M - 4016 = 0
Решаем эту систему, получаем M = N = 2008. Ну, это нам сразу не подходит, т. к M+N = 4016, а у нас не должно быть больше 2008.
Поэтому ищем экстремум на границе области определения, а она состоит из трёх отрезков:
1) N = 0, 0
Я думаю, sqrt(2008^2 +2).