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简化债务或电路系统的一种图解法

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我上高中时发现了简化债务系统的一种很简单的方法,那是高中唯一一次在图书室的课外阅读课,一本数学杂志上有篇文章给出了简化债务系统的公式解法,我突然想到了一种不用公式,用简单直观的图形示意的解法。后来大学期间,有个同学问我一道简化电路系统的题目,我忽然想到是否可以把我在高中发现的简化债务系统的方法用在电路系统上,我试了一下,果然成功了。这种方法要比课本上的公式计算方法更简单快捷。简单来说就是以顺/逆时针为正方向寻找或建立一个闭合的回路,回路的每一段用电流值标示,与正方向一致为正值,否则为负,没有电流,可以标为零,然后在回路的每一段上同时增加或减少一个值,这个值的大小最好能与尽可能多的支路上的电流值抵消,使其为零,这样就可以简化电路。

这种方法的正确性显而易见,在一个闭合的回路上,每一个节点都有流入和流出两条支路,因为在闭合回路的每条支路上都增加或减去同样的值,所以每一个节点的流入支路和流出支路增加或减小的值相互抵消,这个节点的电流流入/流出的总值不变。

示例如下。

简化债务或电路系统的一种图解法

上图中只展示了一次简化。还可以进行更多次的简化,假如 b-a=c 的话,①②⑤③① 这些节点组成的逆时针回路可按照如上方法进一步简化,其中 ②⑤ 节点组成的支路可以赋予它一个 0 值,在图上画出来,按照如上操作这个闭合回路中的每条支路都减去 c,这样就可以消去 ①② 和 ③① 这两条支路,也就是使它们的值为零。当然 ②⑤ 这条支路的值由零变为非零。即减少了两条(值不为零的)支路,增加的一条(值不为零)支路,但总体来说,系统得到了简化。如果简化后,某支路的值变为负值,那就改变它的箭头方向,把负号去掉,这样是等效的。

这个方法还可以用于简化债务系统,节点表示人或组织,支路上的值表示债务。

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