懸鏈線

 在《忙趁東風放紙》裏我思考這樣一個問題:天空中風箏和我手之間的線的形狀是什麼曲線呢?開始認爲或者是拋物線,或者是最速降線,或者是雙曲線。經過這段時間的諮詢和查閱,現在明白了,是懸鏈線。

    懸鏈線  懸鏈線

     看到上圖中的曲線,也許你怎麼看都會想到拋物線。其實,你只是重複了歷史上數學家的錯誤而已。17 世紀意大利著名天文學家伽利略(G. Galileo, 1564~1642)、荷蘭著名數學家吉拉爾(A. Girard, 1595~1632)都曾誤認爲鏈條的曲線是拋物線。連雅各·伯努利這樣的一流數學家都一籌莫展。後來,德國大數學家萊布尼茨(G. W. Leibniz, 1646~1716)正確地給出了鐵鏈的曲線方程y=acosh(x/a),這正是一條雙曲餘弦曲線。接着,雅各·伯努利的弟弟約翰·伯努利(John Bernoulli, 1667~1748)也成功解決了懸鏈線問題,當時年僅24歲

    數學上除了兩個十分重要的函數——自然指數函數、自然對數函數與e有關外,還有一類就是雙曲函數。

懸鏈線

    法國著名昆蟲學家法布爾(J. H. Fabre, 1823~1915)在其《昆蟲記》一書第九卷中有一段文字專門講e這個神奇的數:“每當地心引力和擾性同時發生作用時,懸鏈線就在現實中出現了。當一條懸鏈彎曲成兩點不在同一垂直線上的曲線時,人們便把這曲線稱爲懸鏈線。這就是一條軟繩子兩端抓住而垂下來的形狀;這就是一張被風吹鼓起來的船帆外形的那條線條,這就是母山羊耷拉下來的乳房裝滿後鼓起來的弧線。而這一切都需要e這個數。”“一小段線頭裏有多麼深奧的科學啊!我們不要對此感到驚奇。一個掛在線端的小鉛丸,一滴沿着麥秸淌的露水,一窪被微風輕拂吹皺的水面,總之,隨便什麼東西,當必須加以計算的時候,都要用上大量的數字。我們要有海格立斯的狼牙棒,才能夠降伏一隻小飛蟲。“現在,這個奇妙的數e又出現了,就寫在蜘蛛絲上。在一個濃霧瀰漫的清晨,讓我們檢視一下夜間剛剛織好的網吧。粘性的蜘蛛絲,負著水滴的重量,彎曲成一條條懸鏈線,水滴隨著曲線的彎曲排成精緻的念珠,整整齊齊,晶瑩剔透。當陽光穿過霧氣,整張帶著念珠的網映出彩虹般的亮光,就像一叢燦爛的寶石。e這個數是多麼地輝煌。”

    瞧!連蜘蛛網都有如此美麗的時刻,那麼這個世界如以數學的眼光去看,甭提有多美了。誰會有理由不熱愛這個世界,熱愛自己的生命,熱愛人間的煙火呢?

 你小時候也許都吹過肥皂泡吧!信不信由你,介於空中兩個平行圓面之間的肥皂膜就是上面將的懸鏈線繞一條軸旋轉而成的旋轉體。鄉間旅行時,你看到過石拱橋了嗎?石拱是什麼形狀的?也許你會說,當然是半圓形。如果你是學建築的,這樣幼稚的問題當然難不倒你。上個世紀60年代以來,西方橋樑建築中出現了先進的懸鏈線形拱橋,可爲堅不可摧。連建築學也與e攀上親戚,這的確令人驚歎不已。而更令人驚歎的是,在我國江南水鄉浙江紹興,橋樑建築史家已經發現了兩座近似懸鏈線形的清代石拱橋,中國古代橋樑建築技術之高超,由此可見一斑 

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