用“劲道(Oomph)”和“频繁(Often)”理解比率(Ratios)

比率用一个数字概括一个场景,比如“每日收入”。不幸的是,这隐藏了 如何 结果是如何产生的。

例如,看看两家企业:

  • Annie’s Art Gallery 每天售出一件价值$1000的画作
  • Frank’s Fish Emporium 每天售出250条鳟鱼,每条$4

按数字来看,它们都是每天1000美元的业务,对吧?哈。

以下是每个企业的实际表现:

\displaystyle{\mathit{\frac{Dollars}{Day} = \frac{Dollars}{Transaction} \cdot \frac{Transactions}{Day} }}

交易是驱动收入的支柱,但在每天多少美元的描述中,它们被忽略了。在研究一个概念时,将结果分解为“力道(Oomph)”和“频率(Often)”:

\displaystyle{\mathit{ Result = Oomph \cdot Often = \frac{Dollars}{Transaction} \cdot \frac{Transactions}{Day} }}

有了力道和频率,我就能想象出两个不同的杠杆来增加。像“每天多少美元”这样的比率让我在思考时磕磕绊绊: “为了得到更好的结果,我需要1/天来改进……这意味着一天变得更短……这怎么可能?哦,那一定是每天用于每笔交易的时间比例……”.

何必自找麻烦?将比率改写,包含根本情况:力道是多少?发生的频率是多少?

马力、扭矩、RPM

在物理学中,我们用正式比率定义日常概念,比如“功率”:

\displaystyle{\mathit{ Power = \frac{Work}{Time} }}

好吧。功率可以用比率来解释,但我们已经进入了反向思维模式。探索一个本就棘手的概念时,这不过是又多了一层麻烦。

这样如何:

\displaystyle{\mathit{ Power = Oomph \cdot Often }}

我认为更容易些。力道和频率可能意味着什么?

嗯,力道可能就是我们做的功(比如移动重物),而频率就是我们做的次数(你做了多少组?)。

在同一分钟内,假设Frank举起了100磅十次,而Annie举起了1000磅一次。根据公式,它们的功率相同(不过说实话,我更怕Annie)。

发动机机械师可能会这样理解功率:

\displaystyle{\mathit{ Power = \frac{Work}{Revolution} \cdot \frac{Revolutions}{Time} }}

\displaystyle{\mathit{ Horsepower = Torque \cdot RPM }}

这意味着什么?

  • 扭矩(Torque)就是力道,即发动机转一圈能移动多少重量(以及多远)(比如,移动500磅1英尺)

  • RPM(每分钟转数)是发动机转动的频率

摩托车发动机是为高频率设计的,即快速转动车轮。它不需要很大的扭矩——只要能拉动自身和几个乘客就行——但它需要一次又一次地将动力传递给车轮。

推土机是为“力道”设计的,比如推倒一堵墙。我们不需要非常频繁地使用这种工作,因为每分钟推倒一堵墙就很不错了,谢谢。

我不是物理学家或汽车专家,但至少可以通过力道/频率的比喻来概念化这些权衡。

齿轮可以改变给定发动机中力道和频率之间的权衡。如果你在上坡对抗重力,你更需要什么?如果你在高速公路上巡航?试图从静止起步?在光滑的雪地上行驶?刹车失灵需要减速?

力道/频率让我直觉思考,而功/时间则不能。

变体:电力

电功率与机械功率的比例相同:

\displaystyle{\mathit{ Electric \ Power = \frac{Work}{Time} }}

哎呀,这不清楚是什么意思。不如这样:

\displaystyle{\mathit{ Electric \ Power = Oomph \cdot Often }}

凭空产生想法很难,但我们可以想象 某物 (一个小引擎?)正在电线内移动“Oomph”。如果我们称之为“电荷”,那么我们有:

\displaystyle{\mathit{ Electric \ Power = \frac{Work}{Charge} \cdot \frac{Charges}{Time} }}

我们可以给这些子部分正式的名称:

  • 电压(Oomph):每个电荷贡献的功

  • 电流(Often):电荷通过导线的速度

现在我们得到熟悉的公式:

\displaystyle{\mathit{ Electric \ Power = Voltage \cdot Current }}

Boomshakala!我对电没有很好的直觉,至少我的目标很明确:找到 类比 其中电压代表Oomph,电流代表Often。

而且,我们仍然可以尝试直观思考:冬天被门把手电到,那是Oomph还是Often?电池应该最大化哪个属性?对于通过顽固的输电线传输能量,哪个更好?(Vive la résistance!)

这些比例认为每种功率都归结为通用的功/时间计算。Oomph/Often的比喻让我们在一个场景中思考扭矩/RPM,在另一个场景中思考电压/电流。

究竟发生了什么?参数,宝贝。

Oomph/Often的观点让我们思考比例的真实原因。不是美元和天数,而是思考实际交易如何影响结果:

  • 我们能提高每笔交易的规模吗?

  • 我们能增加每天的交易次数吗?

正式地,我们引入了一个 新参数 来解释这种相互作用。要将比率a/b改变为由x参数化的形式,我们可以这样做:

\displaystyle{\frac{a}{b} = \frac{(a/x)}{(b/x)} = (a/x) \cdot \frac{1}{(b/x)} = \frac{a}{x} \cdot \frac{x}{b} }

我们改变视角,将x视为关键成分。在数学中,我们经常切换视角来简化问题:

  • 与其问观察者发生了什么,不如改变参数问运动者看到了什么?(角度 vs. 弧度.)

  • 我们能将一个巨大的函数视为由更小的函数参数化吗?(参见 链式法则.)

  • 我们能否用赔率表示概率,而不是百分比?(这会让 贝叶斯定理(Bayes Theorem) 更容易。)

调整参数是一种将不直观的想法转化为直观想法的方式。由于我不习惯自然思考倒置单位,我让自己更轻松:处理两次乘法,而不是一次除法。

数学愉快。

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