加载中…
个人资料
慎数明学
慎数明学
  • 博客等级:
  • 博客积分:0
  • 博客访问:6,415
  • 关注人气:395
  • 获赠金笔:0支
  • 赠出金笔:0支
  • 荣誉徽章:
正文 字体大小:

蒲丰(Buffon)投针试验及一个扩展问题(投三角形)

(2013-01-02 10:25:07)
标签:

杂谈

蒲丰投针试验是一个很有意思的问题。下面先介绍一下该问题及其解法。以下内容来来源于网络:


1777年法国科学家Buffon提出下列著名问题。 

(投针问题)平面上画着一些平行线,它们之间的距离都等于a,向此平面任投一长度为ll小于a),试求此针与任一平行线相交的概率 
解:以x表示针的中点到最近的一条平行线的距离,β表示针与平行线的交角。 
显然有0<=x<=a20<=β<=Pi。用边长为a2Pi的长方形表示样本空间(构建直角坐标系,竖向是x长度变量,横向是β弧度变量)。为使针与平行线相交,必须x<=l*sinβ/2, 满足这个关系的区域面积是从0Pil*sinββ的积分,可计算出这个概率的值是(2l)(Pi*a)

参考资料:《概率论与数理统计》合肥工业大学出版社

蒲丰投针问题,在平面上画出等距离a(a>0)的一些平行线,向平面上随机地投掷一根长l(l的针,试求针与任一平行线相交的概率。

答案(2l)/(Pi*a),提示:令M表示针的中点,x表示针投在平面上M与最近一条平行线的距离,y表示与最近一条平行线的交角,则0<=x<=a/20<=y<=Pi,针与最近的平行线相交的重要条件为x<=(lsiny)/2

参考资料:《概率论与数理统计》哈尔滨工业大学数学系组编 许承德 王勇 主编

这个问题看起来很难入手。核心问题是找不到Ω,也不好确定符合目标的样本,根本上是找不到描述针的状态的方法(其实也有其他方法描述,我想过一些,但是难解,取中点的方法太好解了)。解题思路是将针的位置状态转化为“中点与平行线的距离a”和“针与平行线夹角β”。由于这两个参数可以完全确定针的状态,0<=x<=a20<=β<=Pi 即构成了样本空间的总体,x<=l*sinβ/2,即构成了符合目标的样本。对于两个变量进行积分运算,可以得到概率值。值得一提的是,可以用这种方式得到pi的值。概率论真是非常神奇,竟然以试验的方法得到某些常数值。数学这种理念性的东西竟然可以和试验相结合。

============================================================================================= 


投三角形问题


其实上面不是这篇文章的重点,上面的东西已经随处都有了。这里主要想谈的是另一个问题:

平面上画有间隔为d的等距平行线,向平面上投掷一个边长为abc(小于d)三角形,求三角形与平行线相交的概率。这个问题我想了很久,昨天突然明白是怎么回事。鉴于网上缺乏对此问题的介绍,所以很想讨论一下这个问题,希望对大家有所帮助。

 

容易想到蒲丰投针问题是该问题的基础,三角形与平行线相交关键是三边与平行线相交。但实际做起来错法实在太多,多数方法是没有能够充分考虑到a\b\c三边的非独立性,即其中一边和平行线相交时另一边是否相交是非独立的。

那么这个问题到底怎么做呢?一个也许不是太容易注意到的细节是:三角形与平行线相交时,必定是两边同时与其相交,不多不少。(这个说法不是太准确,不过顶点与平行线相交的那种情况概率为0,所以这样说也不过分)下面用加法公式来解决这个问题:

分别记事件ABC为“边abc与平行线相交”,则要求的是P(ABC)。根据加法公式: P(ABC)=PA+PB+PC-P(AB)-P(BC)-P(AC)+P(ABC)。根据上面的结论,已经可以看出P(ABC)= P(AB)+P(BC)+P(AC),而P(ABC)=0。因此有P(ABC)= [PA+PB+PC]/2 即(a+b+c/pi*d

 

【详细点的步骤: 

P(ABC)=PA+PB+PC-P(AB)-P(BC)-P(AC)+P(ABC)

P(ABC)= P(AB)+P(BC)+P(AC)

=>P(AB)+P(BC)+P(AC) = PA+PB+PC-P(AB)-P(BC)-P(AC)+P(ABC)

P(ABC)=0    

右式P(AB) P(AC) P(BC)诸项移到左边,  

2*P(ABC) = *( P(AB)+P(BC)+P(AC)  )= PA+PB+PC

除以2即可。  P(A)诸项由上面的蒲丰投针可以得到具体的表达式。】

指城京阳同学的思路: 

P(AB)+P(AC)=P(A),也即如果a与平行线相交必是ab 或者 ac 同时相交。

同理写出P(B)  P(C),加起来,除以2。     本质上一样的.. 处理方法有一点点不同而已。

 原文有点跳步了】

(有问题的话可以在下面留言)

BY  MiltonDeng   (Amber.)   FROM 厦大 

0

阅读 收藏 喜欢 打印举报/Report
  

新浪BLOG意见反馈留言板 欢迎批评指正

新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 产品答疑

新浪公司 版权所有