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  • 【猫鼠游戏】一个半径为 1 的圆形水池圆心有一只老鼠,池边有一只猫。


    问:一个半径为 1 的圆形水池圆心有一只杰瑞,池边有一只汤姆。汤姆不能下水,只能沿着池边走。杰瑞的速度为 v,汤姆为 4v,一旦杰瑞上岸且汤姆没有与杰瑞相遇则认为杰瑞逃生成功。设计杰瑞的逃生策略。

    网上有很多简洁的答案,本博客则是保姆级解析,详细解释了每一个细节,仅需要初中知识。

    答案:

    根据题目描述先把图画出来,减少大脑内存消耗。

    设\alpha表示猫,\beta表示老鼠。图中O是原点,猫在A点。

    原始猜想:首先看看老鼠在O点的情况,如果直接由O点向C点跑,可以算出猫和老鼠各自的时间t_\alpha=\frac{\pi}{4v},t_\beta=\frac{1}{v},由于t_\alpha<t_\beta,因此直接直线跑完OC全程,老鼠是跑不过猫的。

    问题分解:那来尝试一下问题分解来降低难度,将问题分解为两个:先跑OB段,再跑BC段。

    首先,我们考虑BC段的问题:如果我们把老鼠放在B点,假设OB长度为x,因此BC为1-x。显然,只要1-x足够小,老鼠必然是可以跑出去的,那就来找一下平衡点在哪。

    当老鼠跑完BC的时间与猫跑半圈的时间相等时:

    \frac{1-x}{v}= \frac{\pi}{4v}

    解得x=1-\frac{\pi}{4},小于半径r,因此B点存在。

    B点位置解出来后,我们再解决OB段的问题:

    因为\frac{1-\frac{\pi}{4}}{v}<\frac{\pi}{4v}

    所以老鼠跑完OB段的时间小于猫跑完半圈,因此B点由O点可达。

    老鼠到达B点时,显然AOB三点已经不共线了,我们再来看看三者能否重新共线。

    老鼠在B点的角速度\omega_\beta= \frac{v}{r_\beta}=\frac{v}{1-\frac{\pi}{4}},猫的角速度\omega_\alpha =\frac{4v}{r}=4v,且\omega_\beta>\omega_\alpha,说明老鼠的角速度大,可以主动使得AOB三点重新共线,之后,直线向圈外移动即可出圈。

    完。

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/BeiErGeLaiDe/article/details/126077518
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