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例 1.2.11

medium一级题目发布者: ai-batch

题干

例 1.2.11(贝特朗奇论(见[1]))在一圆内任取一条弦,问其长度超过该圆内接等边三角形的边长的概率是多少?

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解析

这是一个几何概率问题,它有三种不同理解,具体如下:

理解一 由于对称性,可只考察某指定方向的弦。作一条直径垂直于这个方向。显然,只有交直径于 1/41/41/4 与 3/43/43/4 之间的弦才能超过正三角形的边长(见图 1.2.10(a)),如此,所求概率为 1/21/21/2。

理解二 由于对称性,可让弦的一端点固定,让另一端点在圆周上随机移动。若在固定端点作一切线,则与此切线夹角的 60°60°60° 与 120°120°120° 之间的弦才能超过正三角形的边长(见图 1.2.10(b)),如此,所求概率为 1/31/31/3。

理解三 圆内弦的位置被其中点唯一确定。在圆内作一同心圆,其半径仅为大圆半径的一半,则大圆内弦的中点落在小圆内,此弦长才能超过正三角形的边长(见图 1.2.10(c)),如此,所求概率为 1/41/41/4。

图 1.2.10 贝特朗奇论的三种理解

同一问题有三种不同解答,究其原因在于圆内"取弦"时规定尚不够具体,不同的"等可能性假定"导致了不同的样本空间,具体如下:其中"均匀分布"应理解为"等可能取点"。

理解一中假定弦的中点在直径上均匀分布,直径上的点组成样本空间 Ω1\varOmega_1Ω1​。

理解二中假定弦的另一活动端点在圆周上均匀分布,圆周上的点组成样本空间 Ω2\varOmega_2Ω2​。

理解三中假定弦的中点在大圆内均匀分布,大圆内的点组成样本空间 Ω3\varOmega_3Ω3​。

可见,上述三种解答是针对三个不同样本空间引起的,它们都是有道理的,贝特朗奇告诉人们:在定义概率时要事先明确指出样本空间是什么。

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