我们平时使用的透镜大多都是球面的,往往会存在球差。球差本身不难校正,但材料又同时存在色散,所以要在宽波段内同时校正球差和色差,往往需要多片不同光学材料的镜片组合使用。

但理论上来说,针对某种具体的材料,可以通过面型的设计,是可以实现单片透镜宽波段消除色球差的目的,但从来没人这样做过。来自墨西哥的Rafael González推导了相关公式,表示如果面型按以下公式设计,即可以实现该目的:

看得我目瞪口呆……但还是要多说一句,其实光学设计中最难的并不是把面型、间距等几何参数计算出来,而是要综合考虑公差分配、体积、重量、成本等众多复杂因素,这是一个典型的戴著一堆镣铐跳舞的过程。所以这个面型公式,对现实设计光学系统的意义并不大……

而且要精确的实现这类复杂面型的加工,是一件极其困难的事情。与其死磕这种技术,还不如转头去做metalens呢,天然无球差,色差也分分钟解决,而且重量更轻、厚度极薄,不香吗?

不过虽然确实用处不大,但很佩服这位同学的数学能力和死磕的毅力!……我要向他学习!


一元四次方程求根公式,一个从原理上看非常简单的公式

对于一般一元四次方程

[公式] ……(1)

[公式][公式]

由代数学基本定理,它必然在复数域上有根,而且只有4个根(包括重根)

我们总可以将所有系数除以 [公式] ,化成一个首一四次多项式

[公式]

[公式] ……(2)

[公式]

进一步,我们可以通过配方的办法,作代换 [公式] ,以消去原方程的三次项,将之化成如下形式:

[公式] ……(3)

[公式]

其中

[公式]

[公式]

[公式]

现在我们引入参数 [公式] ,有:

[公式] ……(4)

将(4)代入(3),可得

[公式]

……(5)

我们可以选择 [公式] ,使得右边那个关于 [公式] 的二次多项式有重根,从而能配成 [公式] 与一个完全平方式的乘积的形式

那么需要其判别式

[公式] ……(6)

这是一个关于 [公式] 的一元三次方程,可以将其整理为:

[公式] ……(7)

接下来可以使用代换 [公式]

将之化为:

[公式] ……(8)

其中

[公式]

[公式]

我们知道,一元三次方程(8)的三个根分别为:

[公式]

[公式]

[公式]

取其中一个解即可,比如取

[公式]

[公式]

此时

[公式]

所以方程(5)变成了

[公式] ……(9)

所以

[公式] ……(10)

对于方程

[公式]

其两个根为

[公式]

[公式]

对于方程

[公式]

其两个根为

[公式]

[公式]

[公式] 即方程(3)的四个根

其中

[公式]

[公式]

[公式]

如果要求方程(1)的根,那就更麻烦了,它的4个根是

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

其中

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

[公式]

如果你把这些变数都代入,会形成一个看起来非常复杂的公式……

尽管从原理上讲,这个公式都没有超出初等数学的范畴


不止见过,我推过一个。。。是当年玩钓鱼闲的蛋疼,试图计算甩竿距离而列的式子

【摘要:如何把饵扔远】

饵扔的远近有四个要素:

1.初始速度(v)

2.线的阻力(f_l)

3.空气阻力(f_a)

4.初始角度(a)

跟炮弹弹道有点儿像,只是增加了线的拉著的阻力、线的重量、线的摩擦力等因素。

【细节】

1.初始速度由两个速度叠加

1.1弹性线速度(v1)

也就是在往后引杆往前抛出的时候,饵的拉力所造成的杆的形变所储存的弹性势能(PE)。

在杆的行程的后半段转化为特定质量(m)的饵的动能(KE)对应的饵的速度(v1):

v1 = sqrt ( 2 * KE / m) = sqrt ( 2 * PE / m)

使用民科模型把弹性势能简单化为由弹性系数(k)和形变数(Y)决定:

PE = 0.5 k Y^2

k是杆子的固有属性,Y由甩杆动作饵的重量杆的软硬等多个因素决定,还没有推倒出个Y的公式来。

总之弹性线速度:

v1= Y * sqrt ( k / m )

如果饵太轻杆太硬,饵跟著杆走,k/m足够大,但形变Y太小。

如果饵太重杆太软,形变Y足够大,但k/m太小。

要想获得大的v1,杆的硬度和饵的重量得匹配。

怎么叫匹配?杆上标著呢,取个上下阈值的中间值左右总没错。

1.2基本线速度(v2)

也就是甩杆角速度(w)在杆的长度(R)的尽头体现出来的线速度,这个简单:

v2 = w * R

要想获得大的v2,杆要长,甩的要猛。

(1.3)能量

通过两个速度饵获得了初始动能KE_i:

KE_i = 0.5 * m * ( v1 + v2 ) ^ 2

初始动能会被下文的两个阻力消耗掉两部分(FE1,FE2)。

2.线的阻力f_l有三部分

2.1.弹性势能阻力f1

也就是把线从缠绕状态变为伸展状态所需要克服的弹性势能(PE2),在民科模型里还是:

PE2 = 0.5 k2 L^2

FE1 = PE2

L是抛出的线的长度,弹性系数k2是线的固有属性。

要想减小阻力f1减小阻力能量损失FE1,就得减小k2因为你不想减小L,就得用更细的线,就得用更软的线。

2.2.摩擦阻力f2

也就是线从轮上(注意到这里才第一次提到轮)出仓的时候的摩擦阻力(f2)。

以spinning为例这部分可能包括,线摩擦轮的外沿的阻力,线绕的不好导致出线时线之间的阻力,等等。

这部分消耗的能量:

FE2 = f2 * L

f2实际上是个函数而不是常量,比如说出线点在线仓里越深,也就是余线越少,摩擦f2就越大。

要想减小阻力f2减小阻力能量损失FE2,就得减小f2因为你不想减小L。

比如说,轮外沿被石头碰的坑坑洼洼的话要打磨平了(或是换新轮,嘿嘿),线仓要相对比较满。

2.3.「重量阻力」FE3

也就是已经出仓的线必须跟著饵走所需要的线本身的动能(KE2):

KE2 = 0.5 * m2 * v ^ 2

其中质量取决于线的线密度p和出线长度L:

m2 = p * L

速度

v = v1 + v2

FE3 = KE2

这部分实际上不是「阻力」,只是因为完全是线引起的且效果像阻力所以归在这里面。

要想减小FE2,就得用更轻的线(通常也是更细的线)。

3.空气阻力f_a

这个有两部分,饵的空气阻力和线的空气阻力。

这个简单,要想减少这部分,饵的迎风面积要小,线要细。

比如说其他条件相同的情况下扔个铅坠和同等重量的大crankbait,这个就是主要区别了。

4.初始角度a

这个理论上复杂实践起来简单,理论上取决于以上所有因素在某个值a_max把D最大化。

实践起来,凭手感就行了。

【结论】

要想扔的远(按重要程度排序):

1.饵的重量和杆的软硬要合适搭配

2.在保证可以支撑引杆拉力的情况下用软线细线轻线

3.用长的杆

4.用有接近满仓线的滑溜的轮

5.多加练习达到最佳角度和释放时机

6.增加力量

(以上纯属娱乐,切勿当真

甩竿场景大概是这个感觉:


有知友评论钓鱼的事儿,我继续闲的蛋疼一下,以前钓鱼经常记录和统计其种类和时间分布,比如:


贴几张钓的鱼的照片:


方程 [公式] 的解长这样...

(照著手机里的图码公式时候突然手抖一下,乱套了= =只能借助Axmath的自动转换功能)

[公式]

别看了,它确实是对的


在我收藏的帖子中翻了n分钟找到了那篇文献(虽然我没看过),密码:jykn

http://pan.baidu.com/s/1gfxevPD?

pan.baidu.com

顺便一提,这篇文献解决的是类似于 [公式] 的方程,在开始的方程中令 [公式] 就化成了 [公式] ,再按文献中的方法解就ok了


我点开了酱紫君的主页,把它所有的回答都看了下,送了n个赞。翻到最后一页的时候才意识到这是篇文章...

[公式]

酱紫君:x = cos x 的解析形式?

zhuanlan.zhihu.com图标

那文献也不是特别长,贴出来算了,方便不用度盘的朋友看


前面有回答给出了粒子物理标准模型的拉氏量,那个的确复杂,毕竟描述的是人类已知的所有微观原理。然而,这种复杂性不是整体的复杂性,把它拆解后每一项拿出来都有自己的意义,都能独立拿来算东西。我上本科时候是做rogue wave的理论研究的,经常会遇到非线性波动方程的有理数解。我觉得这个东西更让我目瞪口呆,因为它一大长串式子是一个整体,一堆看上去杂乱无章的东西共同构成了方程的一个解。比如这个NLS方程的七阶rogue wave解,描述了七个基本的rogue wave分量无相移地相互作用的过程(来自Journal of Modern Physics, 2013, 4, 246-266):

这一大长串公式说到底就是rogue wave的波形随距离演化的一个二元函数,函数图像如下:

这还只是无相移的解。现实中的波之间的相互作用都是有相移的,如果考虑到相移的话,七阶解可以引入十几个相移因子,这样一来恐怕一百页都写不完一个解。另外,上面这个解是最简单的非线性波动方程NLS方程的,如果考虑更复杂的波动方程,解的长度还会大大增长。


推荐阅读:
相关文章