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24 2 月, 2024

距離概念:從物理量到數學函數

距離於日常或物理用途中,泛指個體、物體或光線等媒介由起點至終點移動的最小路徑長。而於數學領域,距離被定義為度量函數,作為物理距離概念的推廣。此函數依照特定規則作用,描述空間中元素間的「相近性」或「疏遠性」。

除了歐氏空間中的常見距離定義外,在圖論與統計學等數學領域中,也存在其他形式的「距離」概念。通常,從點A到點B的距離,與從點B到點A的距離具有等值性。

解析幾何中的距離公式

在解析幾何中,可用距離公式計算xy平面上兩點間的距離。具體公式如下:

對於點(x1, y1)和點(x2, y2):

距離 Play

距離 = √((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2)

同理,對於三維空間中的兩點(x1, y1, z1)和點(x2, y2, z2):

距離 = √((x2 - x1)^2 + (y2 - y1)^2 + (z2 - z1)^2)

距離

此些公式可透過建立直角三角形並應用勾股定理導出。在平面中,可取得平行於座標軸的兩股長以計算斜邊長;在三維空間中,可利用垂直於平面的股與前一個直角三角形的斜邊長,藉此求解。於複雜幾何的研究中,會將此類距離稱為歐幾裏得距離,因其所使用的勾股定理在非歐幾何中不再成立。

其他距離指標

在歐氏空間R^n中,兩點間的距離通常由歐幾裏得距離(2-範數距離)定義。然而,有時也會運用其他範數所推導出的距離。

對於點(x1, x2, …, xn)和點(y1, y2, …, yn):

  • p階明可夫斯基距離(p-範數距離):

距離 = (Σ(abs(x_i - y_i))^p)^(1/p)

其中p不限於整數,但須大於或等於1。

  • 1-範數距離(計程車範數、曼哈頓距離):

距離 = Σ(abs(x_i - y_i))

  • 無限範數距離(切比雪夫距離):

距離 = max(abs(x_i - y_i))

物理空間中的距離

在物理空間中,歐幾裏得距離是最自然的形式。這是因為剛體的長度在這種距離下不會因旋轉而改變。

兩個點A和B之間的歐幾裏得距離可以用變分法的形式表示。這時,距離等於下列積分的最小值:

積分從0到T:√(dx/dt)^2 + (dy/dt)^2 + (dz/dt)^2 dt

其中,(x(t), y(t), z(t))是兩點之間的軌跡。積分值D表示該軌跡的長度。兩點之間的距離是該積分的最小值,並且在r = r時獲得,其中r是最優軌跡。在熟悉的歐氏空間中,這個最優軌跡是一條直線。對於非歐曲面上,則需要使用度量張量來表示空間的性質。

關於距離

距離,拉丁文為distantia,意為分隔或分離,是指兩個點或物體之間的空間長度。在數學、物理和日常生活中,距離都是一個重要的概念,用於測量不同物體之間的位置關係。

距離的類型

距離類型 説明
歐幾裏得距離 兩點之間沿著一條直線的長度
曼哈頓距離 兩點之間沿水平和垂直線段的總長度
切比雪夫距離 兩點之間沿任意方向線段的長度
馬氏距離 考慮了協方差矩陣的加權距離
餘弦距離 基於向量內積的距離,用於測量向量之間的相似性

距離的測量

在不同領域中,距離的測量方式可能有所不同:

數學
* 使用幾何定理,例如畢氏定理
* 使用坐標幾何和分析幾何

物理
* 使用測距儀、雷達或激光等設備
* 使用時間和速度等物理量

日常生活中
* 使用尺子、捲尺或其他測量工具
* 使用估算和經驗法則

距離在不同領域的應用

距離在各種領域中都有著廣泛的應用,包括:

導航
* menentukan地理位置和規劃路線

工程
* 設計橋樑、道路和建築物

物流
* 最佳化運輸路線並計算運輸成本

科學
* 測量天體之間的距離和研究宇宙結構

延伸閲讀…

測量兩點或多點之間的距離- 電腦- Google 地圖説明

距離_百度百科

醫學
* 診斷疾病、規劃治療並監視患者的恢復情況

結論

距離是一個基本且重要的概念,它扮演著從日常生活到科學研究等各個領域不可或缺的角色。通過瞭解距離的類型、測量方法和應用,我們可以更準確地描述和理解我們周圍的世界。

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