神系统:从高三开始引领科技革命

罗曼黑斯廷斯

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第8章 仿射变换的降维打击

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顾知夏还处于怔愣之中,几乎是下意识地,便将手中的自动铅笔递了过去。

陈启明接过笔。

他的笔尖,精准地落在了刚才他手指轻点的那片空白处。

“你觉得这道题难,”陈启明开口了,声音不大,却如同惊雷般在王宇和顾知夏的耳边炸响,“是因为你的思维,被禁锢在了代数计算的牢笼里。而它的本质,是几何。”

话音未落,他的笔,动了!

没有设方程,他只是在草稿纸上,以惊饶速度和精度,徒手画出了一个完美的直角坐标系和一条弧度无可挑剔的抛物线!

“看这里,”这一次,他的话是专门对顾知夏的,语气温和而清晰,彻底将身旁脸色铁青的王宇当成了空气,“这道题,考耗不是你的计算能力,而是思维能力。

“椭圆的标准方程是x2\/a2+y2\/b2=1,这道题目之所以计算量大呢,除了设的直线本身也含未知数k,b,也因为椭圆的a和b不相等,于是导致所有的斜率、距离计算都变得异常复杂。但如果……他是一个圆呢?”

“圆?”顾知夏下意识地重复了一句,脑子依然有些短路。

“对,一个圆。”

陈启明在第一个坐标系的旁边,闪电般画出邻二个同样完美的直角坐标系。这一次,他在其中画下了一个正圆。

“我们来做一次‘升维’,或者,换一个‘视角’来看它。”陈启明一边,手中的笔一边在草稿纸上写下一行简单的变换式,“就像换元那样,令x=x,y=y*a\/b。不过一般都把这种叫做‘仿射变换’。”

他的笔尖在变换式上轻轻一点,然后指向那个椭圆。

“在这个变换下,你来看,原先椭圆上的任意一点 p(x,y),会变成什么?”

顾知夏的脑子在陈启明的引x导下,开始飞速运转。她看着那个变换式,将点的坐标代入……

x2+y2=x2+y2*a2\/b2

这个结果似乎没什么意义……她再次陷入了迷茫。

王宇在一旁,死死地盯着那行变换式,眉头紧锁。仿射变换?这是什么东西?高中数学里根本没有教过!这子是在故弄玄虚吧?一定是!他强行压下内心的惊涛骇浪,冷哼一声,试图找回场子:“装神弄鬼,直接联立方程靠韦达定理不是更直接?搞这些没用的东西……”

他的话还没完,就被陈启明接下来的动作彻底噎了回去。

陈启明根本没看他,仿佛他的存在就是一粒微不足道的尘埃。他只是对顾知夏温和地笑了笑,提点道:“别急,你再看看椭圆的原始方程。”

原始方程……x2\/a2+y2\/b2=1

顾知夏的目光在这两个公式之间来回跳转。

x2+y2=x2+y2*a2\/b2

x2\/a2+y2\/b2=1→b2x2+a2y2=a2b2

忽然,一道闪电划破了她脑海中的混沌!

如果……如果将第一个式子里的x2和y2用第二个式子里的关系来表示……不,不对!

陈启明似乎看穿了她的困惑,笔尖轻轻一动,在x2\/a2+y2\/b2=1的两边同时乘以a2

于是,方程变成了:x2+y2*a2\/b2=a2

顾知夏的眼睛瞬间瞪圆了!

左边……左边这一项,不就是刚才她算出来的 x2+y2吗?!

所以……x2+y2=a2!

这……这是一个半径为a的标准圆的方程!

“轰!”

顾知夏只觉得自己的整个世界观都被颠覆了。

原来,那个令人望而生畏、计算繁琐的椭圆,只需要通过一个简单的坐标拉伸,就能变回一个最完美、最和谐、性质最简单的图形——圆!

“现在,我们再来看原来的问题。”陈启明的语气如同一个最耐心的导师,循循善诱,“题目要求的是,过椭圆上任意一点p(x,y)……求面积最值……

整个推导过程,在脑海中一闪而过,清晰、简单、流畅,没有任何停顿!

这……这就求出来了?

王宇在旁边已经彻底看傻了。他虽然没完全听懂那个“仿射变换”的原理,但后面在圆上的推导过程,他却看得一清二楚!那是他再熟悉不过的解题步骤,可他从来没想过,一道复杂的椭圆难题,能以这样一种“降维打击”的方式被瞬间秒杀!

他引以为傲的、那套繁复的代数运算体系,在陈启明所展示的几何思想面前,就像一个用泥巴堆砌的城堡,被一记重锤,砸得粉碎!

“那么,最后一步。”陈启明的声音将顾知夏从震撼中拉了回来,“‘旧世界’和‘新世界’的面积,是什么关系?”

他指了指变换式:x=x,y=y*a\/b

“这个变换,x轴方向的长度没有变,但y轴方向的长度,被拉伸了a\/b倍。所以,任何一个图形,在新世界里的面积,都是旧世界里面积的a\/b倍。”

“反过来……”

“旧世界的面积,是新世界面积的a\/b倍!”顾知夏脱口而出,声音因为激动而微微颤抖!

“完全正确。”陈启明赞许地点零头。

他手中的笔,在草稿纸的最后,写下了结论。

写完这最后两个字母,他将自动铅笔轻轻地放在了桌上,发出一声清脆的“嗒”。

整个过程,从他画下第一个坐标系开始,到得出最终答案,用时不到两分钟。

周围死一般的寂静。

王宇的脸色,由铁青转为涨红,再由涨红转为一片惨白。他感觉自己的脸颊火辣辣地疼,像是被人用最响亮的耳光左右开弓,抽了无数次。他所构建起来的、身为“学霸”的骄傲和自信,在这一刻,被彻底击碎,化为齑粉,连一片完整的瓦砾都找不到。

这已经不是解题了,这是碾压,是屠杀!是一种他无法理解、无法企及的,来自更高维度的智慧的无情碾压!

顾知夏则完全沉浸在一种前所未有的震撼和喜悦之郑她感觉自己面前一扇尘封已久的大门被轰然推开,门外是她从未想象过的、一个绚烂多彩的数学新世界。原来,数学可以如此优美,如此简洁,如此充满思想的魅力!

她抬起头,看向陈启明的眼神,已经彻底变了。

那不再是看待一个普通同学的眼神,而是像在仰望一座深不可测、巍峨耸立的高山。

这个平日里低调沉默的男生,他的身体里,究竟隐藏着怎样一片浩瀚的星辰大海?

陈启明仿佛只是做了一件微不足道的事,他拿起顾知夏递过来的自动铅笔,重新放回她的笔袋里,动作轻柔。

“我有讲明白吗?”他轻声问,依旧是只对着顾知夏。

“嗯……懂了。”顾知夏用力地点零头,脸颊微红,不知是因激动还是别的什么。

“记住,数学的本质不只是计算,”陈启明站起身,留给两人一个淡然的背影,“还有思想,数学思维!”

话音落下,他便转身,从两人之间从容地走了过去,只留下满室的寂静,和一个被彻底颠覆的世界。

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