各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

我們已經知道,根據旋轉軸分類法,理論上看,乒乓球旋轉一共有26種(類)。分別和13根旋轉軸相對應。其中一維、二維、三維旋轉球的種類數分別是 6、12、8。

這 26 種(類)旋轉球的出現概率是一樣多的嗎?各佔二十六分之一?當然不是。

從理論上說,一維旋轉球極少出現、二維旋轉球很少出現、三維旋轉球大量出現。大家都這麼說,書上也都這麼寫。可是它們少到什麼程度,或者多到什麼程度呢?有個具體的數量關係嗎?換言之,它們出現的理論概率能計算出來嗎?

下面請跟著筆者的思路粗略估算一下(參見圖1)。

各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

圖1 3軸 3平面 1立方體 8 象限示意圖

先從簡單的平面算起。xy藍色平面是一個水平面,旋轉軸在xy平面內的旋轉有上下順逆4種一維旋轉和 4 大類無數種順上、順下、逆上、逆下旋轉。假設旋轉軸每相差1度就是一種新的旋轉。那麼,整個平面有180根旋轉軸,其中 89*2 = 178根是二維旋轉軸,關聯著順上、順下、逆上、逆下這4大類旋轉。一維旋轉軸2根,但這2根分別在另外兩個座標平面裡複用一次,在這裡只能算半根。所以,二維旋轉軸與一維旋軸轉數量之比為178:1。這個比例到後面整體推算時更容易證實。1/178 = 0.56 %。

再推廣到xz平面和yz平面,情況完全類似,這樣我們就可以得出初步結論:假設旋轉軸每相差1度就是一種新的旋轉。那麼,二維旋轉數目是一維旋轉數目的178倍,一維旋轉數目是二維旋轉數目的0.56%。

再精確一點,假設旋轉軸每相差0.1度就是一種新的旋轉。那麼,二維旋轉數目是一維旋轉數目的1798倍,一維旋轉數目是二維旋轉數目的1/1798 = 0.056%。

再精確一點……,就不必算了吧。總之,二維旋轉種數比一維旋轉多很多,這是毫無疑問的。

推廣到三維空間,還是假設旋轉軸在兩個互相垂直的方向都相差 1 度為不同的旋轉。筆者試著採用最簡單的球面方格微面積法估算一下,所得數據粗略接近正確數值,有一個數值總比沒有好,聊勝於無吧。精密方法恐怕還得請熱愛乒乓球運動的數學專家出馬,給出準確答案。翹首以盼。

假設旋轉軸在兩個互相垂直的方向都相差1度為不同的旋轉,則以每根旋轉軸與乒乓球殼表面的交點為中心都可以劃分出兩個獨佔的位置相對的球面小方格(參見圖2)。這兩個球面小方格的面積之和被乒乓球殼表面積除一下,就得到旋轉軸總數。從總數中減去3和89×2×3,就得到三維旋轉軸數量了。

各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

圖2 旋轉軸交球面處的紅色小方格

如果每根旋轉軸與球殼交界處畫一個小方格,橫平豎直地排列布滿球殼,就成為圖3的模樣。

各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

圖3 球面小方格排佈於球殼表面示意圖

當然這只是一個近似值,首先因為用平面正方形面積代替球面小方格面積存在誤差,用弧長代替弦長也存在誤差,其次因為球面小方格在球殼表面分佈不一定能達到無間隙最緊密排列,毫無冗餘。好在這三個誤差對結果的影響部分可以正負抵消,總的影響不是太大,可以忽略。

雖然見過球面三角形和球面六邊形能完全密置覆蓋整個球面,但兩者似乎都並不符合前面的旋轉軸方向間隔假設,應用困難。

本帖具體計算思路及過程如下:

乒乓球表面積 = 4pir^2 = 4*3.1416*20*20 = 5026.56mm^2

乒乓球赤道大圓的周長 = 2pir = 2*3.1416*20 = 125.664mm

每根軸獨佔球面小方格的邊長 =周長/360 = 125.664/360 = 0.349mm

每根旋轉軸獨佔的兩個球面小方格的面積 = 2*0.349*0.349 =0.2436mm^2

三大類旋轉軸總數 = 5026.56/0.2436 = 20634 根

一維旋轉軸數目 = 3 根

二維旋轉軸數目 = 89*2*3 = 534 根

三維旋轉軸數目 = 20634-3-534 = 20097根

一維旋轉軸數目佔比 = 3/20634 = 0.0145 %

二維旋轉軸數目佔比 = 534/20634 = 2.59 %

三維旋轉軸數目佔比 = 20097/20634 = 97.4 %

各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

圖4 三大類旋轉軸數對旋轉軸總數所佔比例的柱方圖

上述計算的結果是:在假設旋轉軸每相差一度為一種新的旋轉之前提下,一維旋轉軸數目3根,二維旋轉軸為534根,三維旋轉軸為20097根,旋轉軸總數為20634根。三大類旋轉軸佔旋轉軸總數比分別為0.0145 %,2.59%,和 97.4 %。

當然,三大類旋轉種數之比不是一個定數,除了一維旋轉6種固定不變以外,其它複合旋轉種數都與假設條件有關。假設條件越精細,複合旋轉種數越多。

各種類旋轉球出現的理論概率估算——淺說乒乓球16

圖5 三類旋轉軸的數量之比示意圖

前面從數量上估算了三大類旋轉軸的數量、比例關係。現在從圖形上觀察、比較一下。圖5白色部分顯示是八分之一乒乓球殼,其中三個紅色小圓點代表一維旋轉軸端點的位置,綠色小圓點代表二維旋轉軸端點的位置,其餘整個灰白色區域都是佈滿了密密麻麻的三維旋轉軸的端點,顯然要多得多。這三大類旋轉軸數量的比例關係,誰多誰少一目瞭然。而且小圓點分佈越緊密則三維旋轉軸所佔比例越大。

可見,無論是從計算數據大小來看,從幾何圖形的空間方位多少來看,還是從球友打球的日常經驗體驗來看,都可以從不同角度證明,前述結論是合情合理,站得住腳的。即“嚴格從理論上說,一維旋轉球極少出現、二維轉球很少出現、三維旋轉球大量出現。

以上是理論估算平均結果。實際上呢? 我們平時打乒乓球健身、娛樂、競賽,實際打出哪一種旋轉球最多呢?實踐中,最多的當然還是 8 類三維複合旋轉球。

這和我們平常各種擊球技術動作的使用頻率密切相關。以右手握拍為例,使用頻率最多的擊球技術動作一般是是正手拉球、反手撥(推擋球)、反手搓球、正手削球、正手攻球。它們打出的旋轉球一般分屬左逆上旋(旋轉更強)、右順上旋、右逆下旋、左順下旋、左逆上旋(撞擊更強)。至於各佔百分之幾?要看實戰統計數據。


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