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狼想吃掉羊,狮子要保护羊,他能做到吗? 第1页

  

user avatar   eric-89-99 网友的相关建议: 
      

一般的追击的问题,只涉及追击者和猎物,这道题目中引入了“保护者”的概念

题目的问题我不知道答案,不过下面抛砖引玉,证明两个结论

  1. 羊面对两只狼至少需要一只狮子的保护
  2. N只狮子足够防御N+1只狼

不失一般性,以下假设竞技场半径为1,所有动物的移动速度为1

首先,如果没有狮子的话,两只狼采取以下策略可以抓住羊

S为羊的位置,Sy与Sx为其在坐标轴上的投影

狼首先移动至与羊在坐标轴上的投影重合,我们把与 重合的狼叫横狼,另外一只叫竖狼。任何时刻,横狼始终保持自己在x轴上的投影与 重合,并用多余的移动力沿着y轴方向移动接近羊。竖狼策略对应相似。

按照以上策略,若 的总时长不小于 ,则竖狼在水平方向移动的距离将至少为1. 由于投影重合后,竖狼与羊在水平方向的距离不超过1且非增,因此羊会被竖狼抓住。同理, 的总时长不小于 的话,羊会被横狼抓住。注意到 ,因此在 单位时间内, 与 至少有一个的总时长不小于 . 所以我们证明了狼在 单位时间内可以抓住羊。

现在让狮子登场,狮子选定一只狼,自己始终保持在该狼与圆心连线上,并用多余的移动力沿着连线接近狼,那么它可以将该狼驱逐在远离圆心之外。下面证明另外一直狼不足以威胁到羊。

羊只需要等在圆心 处不动,直到狼到达离自己十分接近的位置 . 羊在 的延长线不远处选一点 ,然后向垂直于线段 的方向移动。注意到三角形的斜边长度大于直角边,因此只要羊在这个方向移动,那么狼是抓不住羊的。假设羊移动了 时间到达 位置,记此时狼的位置为 . 羊继续向垂直于线段 的方向移动 时间到达 位置,方向选择使得 ,那么狼在 之间同样也抓不住羊.

在 点,羊重复上述过程,到 后继续重复,直到 .

现在我们想证明羊可以适当的选取 ,使得羊的总路程 ,且自己的路径始终局限在一个小范围之内。实际上,如果我们令 ,则总路程为

且线段 的长度为

对任意 ,上述值小于 . 因此我们只需要取 与 足够小,就可以将羊的逃跑范围控制到任意小。

最后,羊可以派出N只狮子按照上面的螺旋向外的方法,各驱逐一只狼使他们靠近不了圆心,剩下的一只狼它自己搞定,由此第二个结论得证。




  

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