1638年,意大利数学家伽利略(Galileo,1564-1642)提出了一个对数学产生深远影响的物理问题——“最陡直线的问题”:
质点仅在重力作用下从A点移动到B点(不是在它的正下方)。 问哪条曲线滑下的时间最短。
为了找到上面“最陡线问题”所描述的曲线,我们先来看一些常见的曲线——线段、抛物线、圆、椭圆等,哪一条最有可能呢?
根据“两点之间线段最短”的数学原理,“最快的路线”会不会是线段? 答案是不。 伽利略在《论两种新科学》中给出了如此明确的结果:粒子从A点沿圆弧运动到B点比沿直线运动更早到达B点。
线段不是“最快”
圆弧就是你要找的曲线吗? 伽利略的回答是肯定的。 不幸的是,这次伽利略失算了。 因为在17世纪末,约翰·伯努利(Johann Bernoulli,1667-1748)等数学家证明:最陡的下降线并不是我们平时看到的任何一种曲线,而是一条连线A、B的凹摆线 在两个点(也称为圆形滚动体或摆线)。