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Brachistochrone Curve

1. 问题描述

最速降线或捷线问题是历史上第一个出现的变分法问题,也是变分法发展的一个标志。此问题是1696年约翰·伯努利在写给他哥哥雅克布·伯努利的一封公开信中提出的。问题的提法是:设A和B是铅直平面上不在同一铅直线上的两点,在所有连接A和B的平面曲线中,求出一条曲线,使仅受重力作用且初速度为零的质点从A点到B点沿这条曲线运动时所需时间最短

2. 物理学角度的求解

  1. 由于能量守恒,所以粒子的速度正比于到顶端的距离的平方根

  2. 所以可以把粒子看成光子,根据费马原理,用时最短的路径可以用斯涅尔定理解出

所以也可以这样描述这条曲线:处处满足斯涅尔定理
$$
\frac{sin(\theta)}{\sqrt{y}}=constant
$$

  1. 上述的曲线就是旋轮线