什麼是最速曲線

最速曲線(Fastest Path),又稱為最速降線(Brachistochrone curve),是一個在古典力學中探討的問題,由瑞士科學家丹尼爾·伯努利於1696年提出。這個問題是在探討如何在兩點之間,不考慮摩擦力或其他阻力的情況下,找到一條曲線,使得物體從高處往低處移動時,能夠以最短時間到達。

最速曲線的問題可以這樣描述:給定兩點A和B,一個質量為m的物體,從A點開始,在重力作用下,沿著一條曲線下降到B點。曲線可以是直線、曲線或是其他形狀,但物體的運動只受重力影響,不考慮空氣阻力或其他形式的摩擦力。問:在這種條件下,物體從A點到B點所需時間最短的曲線形狀是什麼?

答案是,最速降線是一條旋轉拋物線的一部分,也就是說,它是一個拋物線的一部分,當這個拋物線被旋轉一個角度,使得它的軸與重力的方向平行時的曲線。在這種情況下,物體會以拋物線運動,而這種運動方式在沒有摩擦力的情況下,可以讓物體在兩點之間移動的最快。

這個問題的解可以在微積分中找到,通過最小化時間的變量來確定最速曲線的形狀。這個問題的解決不僅在物理學上有重要的意義,而且在數學上也很有趣,因為它涉及到微積分和變分法等數學工具。