Время, необходимое для достижения из одной точки в другую при преломлении [закрыто]

Согласно принципу Ферма, путь, пройденный лучом света между двумя точками, — это путь, который можно пройти за наименьшее время.

Предположим, что источником света является точка ( Икс 1 , у 1 ) а скорость света в этой среде равна в 1 тогда как другая точка (назначение) в соседней среде будет ( Икс 2 , у 2 ) а скорость света в среде будет в 2 . Учитывая, что у 1 < 0 и у 2 > 0 такой, что у "=" 0 является интерфейсом между двумя средами.

Минимизируя функцию времени, получаем закон Снеллиуса: в 1 грех θ 1 "=" в 2 грех θ 2 . Но я хотел знать минимальную стоимость времени, необходимого для достижения от ( Икс 1 , у 1 ) к ( Икс 2 , у 2 ) . Если точка падения на границу раздела двух сред будет ( Икс , 0 ) затем -

Т ( Икс ) "=" ( Икс Икс 1 ) 2 + у 1 2 в 1 + ( Икс Икс 2 ) 2 + у 2 2 в 2

где Икс 1 , у 1 , Икс 2 , у 2 , в 1 , в 2 являются константами.

я дифференцировал Т ( Икс ) в отношении Икс то есть

г Т г Икс "=" Икс Икс 1 в 1 ( Икс Икс 1 ) 2 + у 1 2 + Икс Икс 2 в 2 ( Икс Икс 2 ) 2 + у 2 2 "=" 0

Но я не смог найти Икс из приведенного выше уравнения и подставить в Т ( Икс ) найти его минимальное значение.

Минимизируйте оптический путь.
@Lelouch Я думаю, что получу то же уравнение, если попытаюсь минимизировать длину оптического пути. Показатель преломления для среды 1 мю 1 "=" с в 1 и для среды 2 мю 2 "=" с в 2 . С г 1 "=" ( Икс Икс 1 ) 2 + у 1 2 и г 2 "=" ( Икс Икс 2 ) 2 + у 2 2 так минимум мю 1 г 1 + мю 2 г 2 даст исходное уравнение.
Ты не можешь просто решить уравнение? Умножьте на знаменатели, переместите одно слагаемое на другую сторону и возведите в квадрат обе стороны, переместите его назад и упростите.

Ответы (2)

Одним из возможных решений с точки зрения компьютерного программирования было бы использование троичного поиска в диапазоне л е ф т "=" м я н ( Икс 1 , Икс 2 ) к р я г час т "=" м а Икс ( Икс 1 , Икс 2 ) поскольку функция времени уменьшается, а затем увеличивается, мы могли определить минимумы.
Я думаю, что математическое решение было бы строгим, но если кто-то захочет внести свой вклад, это будет очень полезно, поскольку я не смог найти ответ на большом количестве ресурсов, которые я проверил.

Если вы переместите выражения с квадратными корнями в знаменателе на противоположные стороны уравнения и возведете в квадрат обе стороны, вы увидите, что вы получите уравнение четвертой степени для x. Для уравнений четвертой степени все еще существуют формулы для решений, которые, однако, довольно громоздки. Поэтому вы должны сначала проверить, выполнив алгебраические операции, действительно ли полученное уравнение четвертой степени может быть преобразовано в биквадратное уравнение, чтобы вы могли использовать простые выражения для решений квадратного уравнения.