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数年前、私はこのパズルを自分の FB ページに投稿しましたが、多くの人々 (博士号を持つ人々を含む) が頭を抱え、眠れぬ夜を過ごすのを見るのは面白かったです。あなたはこれを解けますか?

実際、1982年に試験官も恥ずかしい間違いをし、その間違いが発覚すると、ニューヨークタイムズワシントンポストに掲載されました。大多数の人は、Bの円周がAの3倍であるため3を選び、それが正しい答えではないことに驚愕しました。


正解は実は 4 です。試験官が間違っていたので、正解は選択肢にさえありませんでした。ほとんどの生徒が正解しなかったという事実がヒントになるはずです。正解して頭がおかしいと思った方はごめんなさい。私もそうでした。この問題には Wikipedia のエントリもあります:

Coin rotation paradox - Wikipedia
Geometry problem of a coin rolling around another coin. The outer coin makes two rotations rolling once around the inner coin. The path of a single point on the edge of the moving coin is a cardioid . The coin rotation paradox is the counter-intuitive mathematical fact that, when one coin is rolled without slipping around the rim of another coin of equal size, the moving coin completes not one but two full rotations after going all the way around the stationary coin, when viewed from an external reference frame. [ 1 ] The problem can be further generalized to coins of different radii. Start with two identical coins touching each other on a table, with their "head" sides displayed and parallel. Keeping coin A stationary, rotate coin B around A, keeping a point of contact with no slippage. As coin B reaches the opposite side, the two heads will again be parallel; B has made one revolution. Continuing to move B brings it back to the starting position and completes a second revolution. Paradoxically, coin B appears to have rolled a distance equal to twice its circumference. [ 2 ] : 220 In reality, as the circumferences of both coins are equal, by definition coin B has only rolled a distance equal to its own circumference. The second rotation arises from the fact that the path along which it has rolled is a circle. This is analogous to simply rotating coin B "in situ". One way to visualize the effect is to imagine the circumference of coin A "flattened out" into a straight line, by which means it can be observed that coin B has rotated only once as it travels along its, now flat, path. This is the "first rotation". Equally, sliding coin B around the circumference of coin A, instead of rolling it, whilst maintaining its current specific point of contact, will impart a rotation representative of the "second rotation" in the original scenario. As coin B rotates, each point on its perimeter describes (moves through) a cardioid curve. Analysis and solution [ edit ] From start to end, the center of the moving coin travels a circular path. The circumference of the stationary coin and the path of the centre form two concentric circles. The radius of the outer circle is the sum of the coins' radii; hence, the circumference of the path of the moving centre is twice either coin's circumference. [ 3 ] The center of the moving coin travels twice the coin's circumference without slipping; therefore, the moving coin makes two complete revolutions. [ 4 ] How much the moving coin rotates around its own center en route, if any, or in what direction – clockwise, counterclockwise, or some of both – has no effect on the length of the path. That the coin rotates twice as described above and focusing on the edge of the moving coin as it touches the stationary coin are distractions. Unequal radii and other shapes [ edit ] Example where R = 3 r . In figure 1, with R straightened out, the number of rotations (number of times the arrow subsequently points upward) is ⁠ R / r ⁠ =

数学教授である私の友人は、実際にそれが 4 であることを証明するデモを作成しました。

John Cartan

John Cartanも、それが 4 であることを証明するために非常にクールなアニメーションを作成しました。

この問題を直感的に考えるにはいくつかの方法があります。

  • A が B の円周と同じ長さの直線上を転がる場合、A は 3 回回転したことになります。ただし、この場合、A はB の周りも1 回余分に回転する必要があるため、合計 4 回回転します。A の動きは、「B の周りを 1 回回る」ことと「B の上を 3 回転がる」ことの合計と考えることができます。
  • A の中心について考えると、半径 Rb+Ra = 4*Ra の円に沿って動くので、A は 4 回回転したことになります。素晴らしい図解を提供してくれた Rudy Wang に感謝します。
  • B の中心にいる人が A を見ているところを想像してください。その人は A が 3 回回転するのを見ますが、A が開始点に戻るとき、その人自身は 1 回回転しています。つまり、A は 3+1 = 4 回回転します。

これは実際に天文学に関係しています。恒星日は、地球が軸を中心に回転して遠くの星が空の同じ位置に見えるまでの時間です。太陽日は、地球が軸を中心に回転して太陽が空の同じ位置に見えるまでの時間です。1 年は、365.25 太陽日と 366.25 恒星日、つまり地球の 366.25 公転です。


この質問で頭が混乱してしまいましたか?😋 よろしければ、このパズルの一般的な形式を解けますか?Ra と Rb が与えられた場合、A は最初の構成に戻るまでに何回回転しますか?A が B の中にある場合はどうなりますか?

P/s: この投稿のコメントを読んで楽しかったです。元の質問では「回転」という言葉は参照フレームを指定していないため、やや曖昧だと思います。このビデオは私よりもわかりやすく説明しています:

出典:Quora 英語版

Huyen Nguyen's answer to What proven math fact surprised you the most when you learned it?
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