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[科普] 一摞扑克牌最多能够伸出桌面多远?

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发表于 2015-10-7 19:41 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自:江苏
把一副扑克牌(共 54 张)放在桌子边上,最远能够伸出桌面多远?能够伸出一个扑克牌的长度吗?能够伸出两个扑克牌的长度吗?果壳网死理性派给出的答案或许会让你很是吃惊:理论上你可以让扑克牌伸出桌面 2.2877 倍自身的长度。
8 }: E$ D, E: H* T$ G1 f2 Z8 G4 l将杠杆原理发挥到极限显然,要想让扑克牌伸到最远,每张牌都应该处于最极限的位置,再多伸出去一点就会失去平衡。如果把一张扑克牌的长度记作 1 个单位,最顶上的那张牌就应该伸出 1/2 个单位。第二张牌的重力也作用在它自己的中心位置,但同时它的最右端还受到了第一张牌带来的压力;由杠杆原理,它的平衡点就应该在中心和右端点的中点处,也就是整张牌的四等分点处。因此,第二张牌可以伸出 1/4 个单位的长度。同样地,第三张牌的中心有一个自身的重力,同时最右端还承受了两张牌的重力,因此它的平衡点位于整张牌右半部分的三等分点处,即它可以伸出 1/6 个单位的长度。
/ r+ D3 h* V, a! Z+ b+ S0 K5 Q

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根据杠杆原理,最顶上的三张牌依次可以伸出 1/2,1/4,1/6
8 E/ Q! v8 R$ K) H2 {( S% d5 ?以此类推,54 张牌一共可以伸出桌面 1/2 + 1/4 +1/6 + … + 1/108 个单位的长度,它约等于 2.2877 。也就是说,一副牌能伸出桌面的距离是自身长度的两倍多!3 U0 Z& X9 R: ~

http://www.guokr.com/gkimage/t6/i4/sb/t6i4sb.png

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用电脑模拟绘制的 54 张牌伸出桌面的壮观景象。
. U5 d: h% W9 w: ]" G7 T一个更加有趣的结论是,由于 1/2 + 1/4 +1/6 + … 是发散的,因此如果你有足够多的牌,想伸出桌面多远都行!
! k3 D! @" @8 ~: x/ R3 v还可以做得更好吗?上面的方案的确很简单,不过效率也并不高。事实上,用三张扑克牌就已经能伸出桌面 1 个单位的长度了。当牌的张数更多时,不同方案带来的效果差异更加明显。数学家们仍然在尝试寻找更好的方案,挑战越来越远的距离。
3 y3 ^& S  I$ r* H

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上图:三张扑克牌可以伸出桌面 1 个单位的长度;下图:与传统方案对比,巧妙的结构可以让扑克牌伸出桌面更远,20 张牌就已经能伸出桌面 2.32 个单位的长度了
果壳死理性派的小编花了好几天的时间,试图让扑克牌伸出桌面两个单位的长度,当一回威武的实验党;只可惜这对扑克牌本身质量和摆放的精确度要求都非常高,一点误差都会导致全盘崩溃。于是,N 多次尝试最终都以失败告终。唉,死理性派果然还是和 DIYer 有本质上的区别啊。
参考资料:[1] arXiv:0707.0093v1 Maximum overhang南通0
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发表于 2015-10-7 19:46 | 显示全部楼层 来自:江苏
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