24

Compte tenu des positions et des vitesses bidimensionnelles d'une paire de boules de billard juste avant l'impact, calculez leurs vitesses après une collision parfaitement élastique . Les boules sont supposées être des sphères idéales (ou de manière équivalente: des cercles) avec le même rayon, la même masse, une densité uniforme et sans frottement.

L'entrée se compose de 8 chiffres: p0x,p0y,v0x,v0y,p1x,p1y,v1x,v1yoù p0x,p0yest le centre de la première balle, v0x,v0ysa vitesse, et de même p1x,p1y,v1x,v1ypour la deuxième balle. Vous pouvez accepter des entrées dans n'importe quel ordre et structurées de n'importe quelle manière pratique, par exemple en tant que tableau 2x2x2, ou peut-être un tableau 2x2 pour pet deux tableaux de longueur 2 pour v0et v1. Il est également possible de prendre des nombres complexes (si votre langue les prend en charge) au lieu de paires xy. Cependant, vous ne devez pas prendre d'entrée dans un système de coordonnées autre que cartésien, c'est-à-dire que la polaire n'est pas autorisée.

Notez que le rayon d'une boule de billard est la moitié de la distance entre p0x,p0yet p1x,p1y, donc il n'est pas donné comme une partie explicite de l'entrée.

Écrivez un programme ou une fonction qui génère ou renvoie 4 nombres dans n'importe quelle représentation cartésienne pratique: les valeurs post-collision de v0x,v0y,v1x,v1y.

Un algorithme possible est:

trouver la ligne normale qui passe par les deux centres
trouver la ligne tangente qui passe par le milieu entre les deux centres et qui est perpendiculaire à la ligne normale
changer le système de coordonnées et décomposer v0x,v0yet v1x,v1yen leurs composants tangentiels et normaux v0t,v0netv1t,v1n
permuter les composants normaux de v0et v1, en préservant leurs composants tangentiels
revenir au système de coordonnées d'origine

Tests (résultats arrondis à 5 décimales):

   p0x   p0y   v0x   v0y   p1x   p1y   v1x   v1y ->      v0x'       v0y'       v1x'       v1y'
[-34.5,-81.8, 34.7,-76.1, 96.2,-25.2, 59.2,-93.3] [  49.05873, -69.88191,  44.84127, -99.51809]
[ 36.9, 77.7,-13.6,-80.8, -7.4, 34.4, 15.1,-71.8] [   5.57641, -62.05647,  -4.07641, -90.54353]
[-51.0, 17.6, 46.1,-80.1, 68.6, 54.0,-35.1,-73.9] [ -26.48927,-102.19239,  37.48927, -51.80761]
[-21.1,-52.6,-77.7, 91.5, 46.0, 94.1, 83.8, 93.7] [ -48.92598, 154.40834,  55.02598,  30.79166]
[ 91.3, -5.3, 72.6, 89.0, 97.8, 50.5, 36.2, 85.7] [  71.73343,  81.56080,  37.06657,  93.13920]
[-79.9, 54.9, 92.5,-40.7,-20.8,-46.9,-16.4, -0.9] [  47.76727,  36.35232,  28.33273, -77.95232]
[ 29.1, 80.7, 76.9,-85.1,-29.3,-49.5,-29.0,-13.0] [  86.08581, -64.62067, -38.18581, -33.47933]
[ 97.7,-89.0, 72.5, 12.4, 77.8,-88.2, 31.5,-34.0] [  33.42847,  13.97071,  70.57153, -35.57071]
[-22.2, 22.6,-61.3, 87.1, 67.0, 57.6,-15.3,-23.1] [ -58.90816,  88.03850, -17.69184, -24.03850]
[-95.4, 15.0,  5.3, 39.5,-54.7,-28.5, -0.7,  0.8] [  21.80656,  21.85786, -17.20656,  18.44214]
[ 84.0,-26.8,-98.6,-85.6,-90.1, 30.9,-48.1, 37.2] [ -89.76828, -88.52700, -56.93172,  40.12700]
[ 57.8, 90.4, 53.2,-74.1, 76.4,-94.4,-68.1,-69.3] [  51.50525, -57.26181, -66.40525, -86.13819]
[ 92.9, 69.8,-31.3, 72.6,-49.1,-78.8,-62.3,-81.6] [-123.11680, -23.48435,  29.51680,  14.48435]
[-10.3,-84.5,-93.5,-95.6, 35.0, 22.6, 44.8, 75.5] [ -11.12485,  99.15449, -37.57515,-119.25449]
[ -3.9, 55.8,-83.3,  9.1, -2.7,-95.6, 37.7,-47.8] [ -82.84144, -48.75541,  37.24144,  10.05541]
[-76.5,-88.4,-76.7,-49.9, 84.5, 38.0,  4.2, 18.4] [   6.52461,  15.43907, -79.02461, -46.93907]
[ 64.2,-19.3, 67.2, 45.4,-27.1,-28.7, 64.7, -4.3] [  59.66292,  44.62400,  72.23708,  -3.52400]
[  9.8, 70.7,-66.2, 63.0,-58.7, 59.5, 83.7,-10.6] [  68.07646,  84.95469, -50.57646, -32.55469]
[ 62.9, 46.4, 85.0, 87.4, 36.3,-29.0,-63.0,-56.3] [  23.53487, -86.82822,  -1.53487, 117.92822]
[ -5.5, 35.6, 17.6,-54.3, -2.2, 66.8,-15.2, 11.8] [  24.15112,   7.63786, -21.75112, -50.13786]

Victoires les plus courtes. Pas de failles.

merci @Anush d'avoir aidé à corriger la couleur d'arrière-plan du diagramme

code-golf geometry linear-algebra physics ngn
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16

Python 3 , 67 66 octets, 53 octets

def f(p,v,q,w):p-=q;d=((v-w)/p).real*p;return v-d,w+d

Essayez-le en ligne!

-1 octet grâce à @ngn

-13 octets grâce à @Neil

Cette fonction f prend quatre nombres complexes en entrée et renvoie deux nombres complexes. La version non golfée est illustrée ci-dessous.

Non golfé

def elastic_collision_complex(p1, v1, p2, v2):
    p12 = p1 - p2
    d = ((v1 - v2) / p12).real * p12
    return v1 - d, v2 + d

Essayez-le en ligne!

La formule de calcul est dérivée basée sur la formule du vecteur 2D sur wiki . Puisque $m_1=m_2$ , la formule peut être simplifiée en

{\begin{cases} v_{1}^{'} = v_{1} - d v \\ v_{2}^{'} = v_{2} + d v \end{cases}

$\left\{\begin{array}{l} v_1'=v_1-dv \\ v_2'=v_2+dv\end{array}\right.$

Soit $x_{12}=x_1-x_2$ et $v_{12}=v_1-v_2$ , nous avons

d v = \frac{⟨ v_{12}, x_{12} ⟩}{‖ x_{12} ‖^{2}} x_{12} = \frac{R e (v_{12} \cdot \bar{x_{12}})}{x_{12} \cdot \bar{x_{12}}} x_{12} = R e (\frac{v_{12} \cdot \bar{x_{12}}}{x_{12} \cdot \bar{x_{12}}}) x_{12} = R e (\frac{v_{12}}{x_{12}}) x_{12}

$dv=\frac{\langle v_{12}, x_{12}\rangle}{\|x_{12}\|^2}x_{12} = \frac{Re(v_{12}\cdot\overline{x_{12}})}{x_{12}\cdot \overline{x_{12}}}x_{12}=Re\left(\frac{v_{12}\cdot\overline{x_{12}}}{x_{12}\cdot \overline{x_{12}}}\right)x_{12}=Re\left(\frac{v_{12}}{x_{12}}\right)x_{12}$

Dans le programme ungolfed, p12, v1 - v2, dcorrespondent à $x_{12}$ , $y_{12}$ , et $dv$ , respectivement.

Joel
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1

bien joué! cette approche est différente de la réponse perl6 de Ramillies qui utilise également des nombres complexes. vous pouvez enregistrer un octet si vous remplacez r=p-qpar p-=qet utilisez davantage pau lieu de r, comme dans la réponse js de Neil

ngn

1

@ngn, ça a l'air différent mais c'est la même chose, comme Joel le note correctement. J'ai écrit la formule sous une forme qui était bonne pour le golf Perl 6, et Joel en a probablement utilisé une qui était meilleure pour Python. Quoi qu'il en soit, je ne pensais pas que quelqu'un d'autre trouverait une solution en utilisant des nombres complexes indépendamment. Bon travail!

Ramillies

3

Bien mais si vous

Neil

1

@Neil Merci pour votre conseil. Le calcul est maintenant grandement simplifié.

Joel

3

J'aime vraiment toutes vos excellentes solutions et explications détaillées!

xnor

11

JavaScript (Node.js) , 90 88 octets

(m,n,o,p,q,r,s,t,u=(q-=m)*q+(r-=n)*r,v=o*q+p*r-s*q-t*r)=>[o-(q*=v/u),p-(v*=r/u),s+q,t+v]

Essayez-le en ligne! Le lien inclut une suite de tests. Explication: q,rsont réutilisés comme vecteur de différence entre les centres, et uest le carré de sa longueur. vest la différence entre les produits scalaires de o,pet s,tavec q,r, tout v/ucomme le facteur d'échelle pour q,rlequel donne la quantité de vitesse transférée de o,pà s,t. Edit: sauvé 2 octets grâce à @Arnauld.

Neil
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Je ne m'attendais pas à ce que quelqu'un simplifie l'algorithme si rapidement, bravo! voici une visualisation de votre solution (avec l'amélioration d'Arnauld)

ngn

@ngn Lien incorrect?

Neil

Le journal des pipelines de @Neil gitlab indique qu'il devrait être là. ctrl + f5? les flèches contrôlent la boule rouge. changement accélère. testé en firefox et chrome. avertissement: son.

ngn

@ngn Ah, je travaille maintenant, merci! (J'ai eu un 404 avant. De plus, j'utilisais un onglet privé, donc je n'avais pas de son par défaut, même si je ne le trouvais pas intrusif. Et je suis inutile chez Asteroids, sinon je demanderais un "shoot" "clé ...)

Neil

8

Perl 6 ,75 64 63 61 octets

11 octets économisés en passant de mapà for, dispensant de la nécessité de mettre les choses en variables intermédiaires pour les mapvoir.

1 octet enregistré en passant ($^a-$^c)².&{$_/abs}à ($^a-$^c).&{$_/.conj}.

2 octets enregistrés grâce à @nwellnhof.

{(.($^b+$^d,{$_/.conj}($^a-$^c)*($b-$d).conj)/2 for *-*,*+*)}

Essayez-le en ligne!

Explication

Lorsque le message d'origine a dit que l'entrée pouvait être des nombres complexes, il était trop difficile de résister ... Cela prend donc 4 nombres complexes (position 1, vitesse 1, position 2, vitesse 2) et renvoie les vitesses sous forme de nombres complexes.

Le programme utilise exactement le même algorithme que celui décrit dans l'OP. Cependant, avec des nombres complexes, c'est assez simple. Tout d'abord, notons que le nombre complexe $d = p_1 - p_0$ points de la première balle à la seconde. Donc, si nous divisons toutes les vitesses par elle, la direction normale coïncide soudainement avec l'axe réel et la direction tangente avec l'axe imaginaire. (Cela perturbe les grandeurs mais nous ne nous en soucions pas.)

Maintenant, nous devons changer les parties normales (c'est-à-dire réelles) des vitesses $v_0/d$ et $v_1/d$ et après cela, multipliez-le par $d$ again to make the normal (and the velocities) point in the correct direction (and to unmess the magnitudes). So we need to calculate

\begin{aligned} v_{0}^{'} & = d (ℜ \frac{v_{1}}{d} + i ℑ \frac{v_{0}}{d}), \\ v_{1}^{'} & = d (ℜ \frac{v_{0}}{d} + i ℑ \frac{v_{1}}{d}) \end{aligned}

$\begin{align*} v_0' &= d \left( \Re \frac{v_1}{d} + \mathrm{i} \Im \frac{v_0}{d} \right), \\ v_1' &= d \left( \Re \frac{v_0}{d} + \mathrm{i} \Im \frac{v_1}{d} \right) \end{align*}$ (where

ℜ

$\Re$ = real part,

ℑ

$\Im$ = imaginary part). Let's shuffle the first one a bit (using

⋆

$\star$ for complex conjugation):

v_{0}^{'} = d (ℜ \frac{v_{1}}{d} + i ℑ \frac{v_{0}}{d}) = d [\frac{1}{2} (\frac{v_{1}}{d} + \frac{v_{1}^{⋆}}{d^{⋆}}) + \frac{1}{2} (\frac{v_{0}}{d} - \frac{v_{0}^{⋆}}{d^{⋆}})] = = \frac{d}{2} (\frac{v_{0} + v_{1}}{d} - \frac{v_{0}^{⋆} - v_{1}^{⋆}}{d^{⋆}}) = \frac{1}{2} (v_{0} + v_{1} - \frac{d}{d^{⋆}} (v_{0}^{⋆} - v_{1}^{⋆})) .

$v_0' = d \left( \Re \frac{v_1}{d} + \mathrm{i} \Im \frac{v_0}{d} \right) = d \left[ \frac 1 2 \left( \frac{v_1}{d} + \frac{v_1^\star}{d^\star} \right) + \frac 1 2 \left( \frac{v_0}{d} - \frac{v_0^\star}{d^\star} \right) \right] =\ = \frac d 2 \left( \frac{v_0 + v_1}{d} - \frac{v_0^\star - v_1^\star}{d^\star} \right) = \frac 1 2 \left( v_0 + v_1 - \frac{d}{d^\star} (v_0^\star - v_1^\star) \right).$ The result for

v_{1}^{'}

$v_1'$ can be obtained just by switching

v_{0} \leftrightarrow v_{1}

$v_0 \leftrightarrow v_1$ . All that does is changing a sign:

v_{1}^{'} = \frac{1}{2} [v_{0} + v_{1} + \frac{d}{d^{⋆}} (v_{0}^{⋆} - v_{1}^{⋆})] .

$v_1' = \frac 1 2 \left[ v_0 + v_1 + \frac{d}{d^\star} \left(v_0^\star - v_1^\star\right) \right].$

And that's it. All the program does is just this calculation, golfed a bit.

Ramillies
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very cool!

ngn

I don't know much about Perl, but I think you could merge the two conjugate computations into one to save some bytes.

Joel

1

@Joel — Sadly, I'm pretty sure I can't. The first conjugate is acting on ($^a-$^c) (and only inside a lambda that normalizes this number), the second acts on ($b-$d). So they can't really be reconciled. I could make a function that would just call .conj, but that would only add bytes (because I heavily use the $_ variable, which has the nice property that you can call methods on it without specifying it: .conj instead of $_.conj).

Ramillies

@Ramillies Thanks for the explanation.

Joel

How is the δ's magnitude relevant? You're just dividing by δ, switching the real components, and then multiplying by δ again.

Neil

3

Jelly, 16 bytes

_/×ḋ÷²S¥_/ʋ¥N,$+

Try it online!

A dyadic link taking as its left argument a list of the initial positions [[p0x, p0y], [p1x, p1y]] and its right argument the initial velocities [[v0x, v0y], [v1x, v2y]]. Returns a list of the final velocities [[v0x', v0y'], [v1x', v2y']]

Based on the algorithm used by @Neil’s JavaScript answer so be sure to upvote that one too!

Nick Kennedy
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3

C (gcc), 140 132 bytes

f(m,n,o,p,q,r,s,t,a)float*a,m,n,o,p,q,r,s,t;{q-=m;r-=n;m=q*q+r*r,n=o*q+p*r-s*q-t*r;q*=n/m;*a++=o-q;n*=r/m;*a++=p-n;*a++=s+q;*a=t+n;}

Try it online!

Basically a port of @Neil's JavaScript answer, but then @ceilingcat shaved off 8 bytes by cleverly reusing m and n to store temporaries.

G. Sliepen
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2

Python 2, 97 92 bytes

m,n,o,p,q,r,s,t=input()
q-=m
r-=n
a=o*q+p*r-s*q-t*r
a/=q*q+r*r
print o-a*q,p-a*r,s+a*q,t+a*r

Try it online!

Modified version of Neil's approach.

Erik the Outgolfer
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1

C (gcc), 77 72 bytes

f(p,v,q,w,a)_Complex*a,p,v,q,w;{p-=q;p*=creal((v-w)/p);*a=v-p;a[1]=w+p;}

Try it online!

Based on the python implementation of @Joel

ceilingcat
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0

APL (Dyalog Classic), 21 bytes

⊢/-{,∘-⍨×/(9○÷⍨)\-⌿⍵}

Try it online!

based on @Joel's answer

in: 2x2 complex matrix, out: complex pair

ngn
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Collision de boules de billard

Réponses:

Python 3 , 67 66 octets, 53 octets

Non golfé

JavaScript (Node.js) , 90 88 octets

Perl 6 ,75 64 63 61 octets

Explication

Jelly, 16 bytes

C (gcc), 140 132 bytes

Python 2, 97 92 bytes

C (gcc), 77 72 bytes

APL (Dyalog Classic), 21 bytes