十几次手表(手表每天快十几秒)
在12小时内,秒针与分针、秒针与时针、分针与时针分别有多少次重合?
解:
秒针每秒走1格,即1(格/秒);分针每秒走1/60(格/秒);时针每秒走5/3600(格/秒)。
用角速度表示
秒针角速度ωs=2π/60
分针角速度ωm=2π/3600
时针角速度ωh=2π/3600/12
两针重合也就是各自走过的角度之差为2π的整倍数,也即Δω×t=2kπ
其中k=0,1,2,3......为重合的次数
t为重合的时间
(1)秒针与分针重合时间和次数
按上式(ωs-ωm)×t=2kπ
代入(2π/60-2π/3600)×t=2kπ
得
t=3600×60k/3540(秒)=12k/708(小时)
k=0,1,2,3......为重合的次数
例如
k=0,t=0是第1次重合的时间
k=1,t=12×1/708是第2次重合的时间
k=2,t=12×2/708是第3次重合的时间
......;
当k=708,t=12是12小时,第709次重合。

所以在12小时中,秒针与分针重合的次数为709次。
(2)秒针与时针重合的时间和次数
同理(ωs-ωh)×t=2kπ
代入得
t=12k/719(小时)
k=0,1,2,3......为重合的次数
当k=719,t=12是12小时,第720次重合。
所以在12小时中,秒针与时针重合的次数为720次。
(3)分针与时针重合时间和次数
同理(ωm-ωh)×t=2kπ
代入得
t=12k/11(小时)
k=0,1,2,3......为重合的次数
当k=11,t=12是12小时,第12次重合。
所以在12小时中,分针与时针重合的次数为12次。
(4)时分秒3针重合仅出现在12点整。
证明:假设在12小时中存在3针重合则上式(2)和(3)中
12k1/719=12k2/11成立
也即k1/k2=719/11成立
但因为719,11为质数,
所以在0<k1<719,0<k2<11,不存在k1,k2使等式成立。
故与假设矛盾。
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