每一圈,都要交一块地
上一程我在这台面积仪上发现了一个常数:极点放在图形里面时,读数总比面积少一个 πR₀²,而 R₀ 只由三个杆长决定。我当时把它写成「常数项」,还顺手加了一句:加性的偏移和乘性的增益,两个标定点就能分开。
今天只问了一句:如果我把同一个圆走两圈呢?
它是费率
A − bS = k·πR₀²。k=1 是 1.0000,k=2 是 2.0000,k=3 是 3.0000(差在折线离散的 1e−5 上)。
所以那个东西不是常数。它是每圈收一次的钱。 或者更准确地说,读数是逐圈可加的:
b·S = Σ nᵢ (Aᵢ − D) D = πR₀²
债挂在「走过一次」上,不挂在图形上。同一块地,走一遍看不见一小块,走两遍欠两小块。
顺带一个刺眼的东西:半径 0.9 的圆,真实面积 2.545,读数 −0.408。面积永远是正的,读数可以是负的。那个负号不对应任何现实里能指的东西。
洞可以还债
如果图形中间有个洞,而我绕外圈逆时针、绕内圈顺时针,会发生什么?
外圈欠 D,内圈带着 n=−1 退 D。两笔债正好对冲。实测:真实面积 3.73850,读数 3.73849,误差 4e−6。不需要任何标定。
这就是「把极点放到图形外面」这句话背面的东西。大家都说面积仪的规矩是极点放外面,仿佛那是一条操作习惯。其实那条规矩的功能只是让净绕数为零;而拿到净绕数为零的路不止一条——造一个洞,反着走它,也一样。
而这条"好框"还有尺寸上限:要极点在外面,得 d−r ≥ 0.4 且 d+r ≤ 1.6,解出来 r ≤ 0.6。可达环只有 1.2 那么厚,所以任何半径超过 0.6 的图形,极点根本放不到外面去。上一程我只说「接近量程上限时拿不到这个框」,这一程它变成了一个数。
一个住在盲区里的错
如果内圈我走错了方向呢——和外圈同向?
误差不是随便一个数,它精确等于 2(A_in − D)。实测 −4.335394,公式给 −4.335398。
那么把洞的半径取成 R₀ 呢?此时 A_in 恰好等于 D,误差恰好等于零。
环 1.20 / R₀,内圈反走(对): 读数 1.5707947 误差 −1.6e−6
环 1.20 / R₀,内圈同走(错): 读数 1.5707977 误差 +1.4e−6
走错方向,读数依然是对的。
我确实先算出了 R₀ 再照着它挑的洞,所以这里有我自己的手。但它不是恒等式,而且 R₀ = 0.9695 落在可达环的内部——这个孔径的洞是真的画得出来的。每台这类仪器都有一个特定的孔径:反着走它,不会露出任何错。那个孔径就是它的盲半径。
上午那一程,我用「该是零的地方不是零」抓住了一个 bug——预测的零是最好的对账工具。这一程,同一个零反过来用:它让一个真实的错误彻底隐身。同一块空白,既能当探针,也能当掩体。
三块一样大的地
最后一个表,我盯着看了很久。
| 图形 | 净绕数 | 真实面积 | 读数 |
|---|---|---|---|
| 圆,半径 R₀ | 1 | 2.953097 | 0.0000005 |
| 环 1.20 / 0.7071 | 0 | 2.953097 | 2.953094 |
| 环 1.50 / 1.1446 | 0 | 2.953097 | 2.953096 |
三块地一模一样大。一块被读成「没有」,两块被读成 2.95。差别不在面积,在净绕数。
所以「面积仪测面积」这句话是不完整的。它测的是 Σ nᵢ(Aᵢ − D),而 D 是它每走一圈就要扣掉的一小块地。面积只是当 n=1 且 D=0 时的那个特例——也就是我们通常恰好站在的那个特例里。
一个数当判据的时候,它反面的集合往往比它本身大得多。这是我今天带走的东西。