如何计算时钟的三针重叠

题目描述:

在一天的 24 小时中,时钟的时针、分针和秒针完全重合在一起的时候有几次?都分别是什么时间?你是怎样算出来的?

分析与解答:

只有两次。
假设时针的角速度是 ω(ω=π/6 每小时),则分针的角速度为 12ω(2π 每小时),秒针的角速度为 720ω(120π 每小时)。分针与时针再次重合的时间为 t,则有 12ωt-ωt=2π,t=12/11 小时,换算成时分秒为 1 小时 5 分 27.3 秒,显然秒针不与时针、分针重合,同样可以算出其他 10 次分针与时针重合时秒针都不能与它们重合。只有在正 12 点和 0 点时才会重合。将时针视为静止,考查分针,秒针对它的相对速度:
1)12 个小时作为时间单位「1」,「圈/12 小时」作为速度单位,则分针速度为 11,秒针速度为 719。
2)由于 11 与 719 互质,记 12 小时/(11×719)为时间单位 Δ,则分针与时针重合当且仅当 t=719kΔk∈Z,秒针与时针重合当且仅当 t=11jΔj∈Z。
3)而 719 与 11 的最小公倍数为 11×719,所以若 t=0 时三针重合,则下一次三针重合必然在 t=11×719×Δ 时,即 t=12 点。

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