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魔鬼如何在最短时间内抓住天使?

2021-09-09财经

估算一个上界。思路是每一轮都寻求一条最短线段,将当前包含天使的多边形,按面积等分成两个新的子多边形。再假设天使的运气足够好,每次都瞬移到等分效率较低的子多边形。

直观看出,取平行于正三角形一条边的线段来等分其面积,等分效率最高。令此线段长度 x ,三角形边长 a ,则:

\frac{x}{a}=\sqrt{\frac{1}{2}}\Rightarrow x=\frac{\sqrt{2}}{2}a=pa

这样,初始正三角形被分成一个新的小正三角形和一个等腰梯形,易见等腰梯形的等分效率远高于新的小正三角形,于是根据假设,天使将瞬移到新的小正三角形当中。如此循环,至于无穷,天使将被锁定在初始正三角形的一个顶点。计算魔鬼走过的耗时路程:

D=a\sum_{n=1}^{\infty}p^n=\frac{pa}{1-p}=(\sqrt{2}+1)a

记魔鬼速度 v ,则捉住天使的时间:

t<T=\frac{D}{v}=(\sqrt{2}+1)\frac{a}{v}=\sqrt{2}+1

这个题目如此离散,不借助于数值离散优化不易得到全局最优解,建议大家来改进这个上界吧。

按照 @yyx 说的圆弧线等分正三角形以及后续的扇形,上界可以改进为:

T=(\sqrt{2}+1)\sqrt{\frac{\pi\sqrt{3}}{6}}\frac{a}{v}=(\sqrt{2}+1)\sqrt{\frac{\pi\sqrt{3}}{6}}