在瑞典的达拉纳洲有一座高山。山上有一个小屋,里面住着一位牧羊女。每天清晨,隔壁的山头会传来一阵悠扬的长笛声,而牧羊女则会站在屋里用自己的歌声回应。小屋的俯视图是一个有n个顶点的简单多边形,每一面墙可以反射声音,但是由于不可避免的能量损失,最多只能反射k次(k=0表示不能反射声音)。墙面非常光滑,因此声音的反射遵循反射角等于入射角,如图1。墙角不能反射声音,而每面墙的其他部分——即使离墙角很近——都可以反射声音。
图1.
声音的反射 突然有一天,牧羊女问自己:在小屋的哪些地方能听到她的歌声?假设所有听众都在屋里靠墙而坐,那么歌声能到达的墙一共有多长?图2的四幅示意图分别画出了初始情况和声音经过0、1、2次反射后到达的区域。灰色部分表示能听到歌声的部分,黑点表示牧羊女的位置。本题所求即灰色部分在多边形边界上的总长度。
(a) 初始情况 (b)声音发出后未经反射
(
c) 声音1次反射 (d) 声音2次反射图2. 能听到歌声的区域