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63.全球晝夜時間的計算公式

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嚴騰飛同學只是問李軒一個偏向腦筋急轉彎的數學問題,但是沒想到李軒從一個小問題聯想到一個大問題。

李軒在草稿上畫的球體,上面標著太陽光線、赤道、地軸、晨昏線,寫著字母nsmbo,嚴騰飛看得好奇,情不自禁地問:“李軒大神,你在幹什麼?”

李軒解釋道:“我在考慮蝸牛爬行速度在夜晚和白天一樣的時候,蝸牛幾天才能爬出,因為想到全球各地的黑夜白天時間不一樣,就想把這個黑夜白天時間算出來。”

“有結果了嗎?”嚴騰飛此刻只有佩服,高中地理還沒學到晨昏線,看著李軒的計算過程就感覺到高深。

“有結果,算出來了。”李軒點頭。

利用球的性質,過直射點的太陽光線必經過地心,並且垂直於晨昏線,可得到計算晝長的三角關係,主要關係得到了,此外的工作就是計算化簡。

這時梁智慧站在李軒身旁,看清了李軒計算的全過程,也在思考,最後說:“李軒,你這個式子有些複雜,應該簡化下。”

李軒也在考慮簡化。

這個式子不符合數學對自然規律描述的簡潔之美,物理課本上的數學公式都是很簡潔,李軒考慮把其中兩個未知量湊成一個未知量,回到畫的參考的地球球體上,最後他發現似乎真能化簡。

先引進當地正午太陽高度h。

由幾何關係,當地正午太陽高度h,等於當地緯度,減去太陽直射點緯度加上90°。

代入化簡,晝長公式的表達形式可以變為f=2/15°arccos(tanφcot(φ+h))。

這樣就很簡潔。

晝長問題就解決了,成了定量分析,自然規律在數學上總顯得特別簡潔,李軒感覺奇妙,物理上的各種方程式也是十分簡潔,是巧合?

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想不明白,但不妨礙李軒去體會科學之美。

現在唯一的疑問是公式是否正確?

對嗎?

李軒不知道,決定驗證一下。

在特殊情況,赤道上緯度是0°,由幾何關係求出未知量,得到具體值後代入公式,正好可以算出晝長為12小時。

另一個特殊情況,羊城緯度是22°,計算夏至日和冬至日,公式可以算出晝夜時間長短正好相反。

最後特殊情況,南北極圈的晝長在夏至日,計算結果也為0小時。

李軒驗證了三個特殊情況,和實際情況都符合,都沒發現公式問題,再看了公式建立的過程,規定了未知量的取值範圍。

所有問題就搞定了。

梁智慧看了李軒的計算工程,幾遍都沒看出毛病,內心充斥著敬佩和難以言說的悵然,越和李軒相處久了越感覺不如李軒,這種滋味並不好受。

嚴騰飛真的對李軒服氣了:“大神,你也太牛了吧,如果你的這個公式沒錯,最重要的關係式找到了,蝸牛爬行的問題就簡單了。不過如果蝸牛白天向上爬和夜晚往下爬,速度不一樣比較合理吧。”

李軒笑了笑:“嗯,不過速度的差別還好,並不是關鍵,只要算出白天和黑夜的時間,剩下的問題不過是速度乘時間的問題,難的地方還是黑夜和白天的時間。”

“也是。”

嚴騰飛不知該怎麼說了,和李軒相比較,在數學上他感覺他就像還在玩泥巴的孩子,李軒已經是自己找問題來提升自己的階段了。

……

晚自習開始不久,趙東明走進了數學競賽組的自習室,其實是路過時候順便來看下學生有沒有什麼問題,進來就看到了嚴騰飛和梁智慧圍著李軒。

學生上自習隨意走動,趙東明沒計較,競賽班討論問題是很好的現象,學生知道請教數學最厲害的李軒,他高興都來不及。

趙東明走了過去,有點奇怪:“怎麼了?”

“老師,李軒太牛了。”嚴騰飛有點激動,“他從一個我問的數學問題聯想,竟然把晝夜長短計算公式給算出來了。”

趙東明輕輕一怔,聽嚴騰飛這麼說,瞭解了事情的經過,最後拿起李軒的草稿紙,整個人傻眼了。

李軒的思維發散能力,和數學建立模型能力,讓他震驚。他學了數學多少年了,也沒像李軒這樣,用數學當作工具建立數學模型,去解決這樣問題。

趙東明有點感慨:“算得不錯,數學就是要這樣學,數學就是要解決生活中的問題。”

這公式有什麼用呢?

有了這個公式,再編寫一個小程式,只要能輸入所在地的緯度,透過日期查詢太陽直射點緯度,晝夜時間就可以直接由程式輸出。

或者再高科技一些,給一個定位系統去直接判定當地緯度,那當地什麼時候天亮什麼時候天黑就可以知道了。想知道什麼時候看日出,不用提早時間去等待,直接抓住時間點來就好了。

趙東明越想越覺得這個公式妙,片刻之後,忽然舒了口氣,說:“李軒,寫成小論文投稿吧,投到數學報刊上去。”

“啊?”李軒訝異,“老師,這種高中生都會算的問題,雜誌會收?”

作為高中生的嚴鵬飛聽了:“…………”

趙東明笑了笑,說:“當然會收,你這個公式很有意思,論文又不是一定非得要高大上,讓普通人都看不懂,有些數學雜誌就喜歡收這些和實際生活聯絡比較緊密的數學論文。”

李軒:“那我要怎麼寫?”

趙東明:“你就把公式的推導,公式的意義,公式的應用,這些寫一寫。扯淡會吧,湊字數湊到三千字,當然,在此之前,先想好一個標題。”

李軒想了想,耿直地說:“老師,題目叫:論蝸牛白天向上爬和夜晚往下爬,能不能爬出井口?”

梁智慧:“……”

嚴騰飛搖了搖頭:“不好,標題短一些比較好,比如蝸牛能爬出井口?”

趙東明嗆了一聲,沒好氣說:“把蝸牛給我從這個論文中去掉!誰特麼管蝸牛爬上爬下,是蝸牛德的淪喪,還是蝸牛性的扭曲,都無所謂。你這篇論文,一個字都不許寫蝸牛,題目就叫作《全球各地的晝夜時間計算公式》。”

“老師,我感覺寫論文好麻煩,要不就算了?”李軒有些不想動筆,有這時間還不如多做一道數學題。

趙東明沉默了片刻,說道:“有稿費。”

“好咧。”

李軒一瞬間就拿起筆寫了起來,“老師,稍微等一下,晚上我就立即寫完。”

梁智慧:“………”

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