一段繩子,任意切n刀,切成n 1段繩子。問這些繩子能組成n 1邊形的概率?

時間 2021-05-06 07:54:30

1樓:XDean

對於n,在n維下作體積為1的正n+1邊形(麵體)T,T的每乙個側n維標示了0-1的刻度(即正三角形的側邊,正四面體的側面,正五面四維體的側體)僅有約束條件每個刻度小於1/2,如圖

紅色區域面積即為所求概率,除去紅色部分公有n+1個邊長為原邊長1/2的相似體(維度為n),所以答案為

2樓:靈茶山艾府

考慮「組不成 n+1 邊形」的概率.

首先把繩子視作乙個有缺口的圓環:

因為組不成乙個多邊形,一定有一段繩子長度大於繩長的一半.

即切口和缺口的位置必須在虛線一側,如下圖:(B 為某個切口)劣弧 A-B 間可能有 0,1,2,...,n 個切口(0 個切口即 A,B 重合),這一共是 n+1 種情況.

對於每種情況,所有切口位置均在弧 B-A-C 上的概率為 .

這樣「組不成 n+1 邊形」的概率就是 .

所以「組成 n+1 邊形」的概率就是 .

===推薦看 @Vichare Wang 的回答 http://www.

,他敘述的形式比我好。

3樓:Belleve

題主能不能先界定清楚,什麼叫「任意地切 n 刀」?

你是把繩子平放在桌子上,在整根繩子上任意地找 n 個下刀點?

還是先任意地切一刀,然後隨機取出其中一段,再「任意地切 (n - 1) 刀」?

將之抽象,就有兩種不同的切割策略:

方法一,隨機地產生 n 個 (0, 1) 間的隨機數(服從均勻分布)作為下刀點,然後下刀,得到若干段繩子。

方法二,從一整根繩子開始,每次隨機地(均勻分布)取出現有繩子的一根,隨機地(均勻分布)將之分成兩段,然後放回。重複 n 次。

要知道兩種切法,得到的繩子段的長度分布是不同的。

上圖是模擬切割然後統計繩子段長度(1/1000 統計精度)得到的分布圖。繩子分割為 15 段,圖中藍色線為第一種切割,紅色是第二種。可以看到,兩種切割法得出的繩長分布都不是均勻的,紅色應當是指數分布,而藍色則複雜得多。

原始碼參考 JS Bin。

4樓:曾加

思路很簡單:最長的一段不能超過繩子總長的一半

我將給出2個證明,第乙個證明是正常的思路,需要一點微積分,第二個證明不用任何高等數學,簡潔易懂,但需要一點點技巧。

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證明1(僅用到簡單的微積分)

設繩子的長為1。

先將問題離散化,將繩子分成k段(),每段長為Δx()。

設為繩子無法組成n+1邊形的概率。在這種情況下,設最長的一段為x,顯然

下面計算最長的一段恰為x的概率。有兩種情況:

假設最長的一段恰在兩端

假設最長一段在左端,那麼最左邊的一刀(可以是n刀的任意1刀)必須切在某個固定的Δx內,剩下的n-1刀必須切在右邊的 1-x 內。最長一段在右端同理。

故總概率為

假設最長的一段在中間則最長一段的左右兩刀的距離恰為x

左邊那一刀可以選擇的位置有種,此時右邊一刀位置固定,剩下的 n-2 刀必須在 1-x 內。

左右兩刀在刀數的選擇有種

故總概率為

所以對於最長的一段恰為x的情況,繩子無法組成n+1邊形的概率:

然後再化離散為連續

故證畢!

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當天晚上我又想了一下這道題,根據答案的形式,突然又想到了乙個絕妙的方法!

只需要高中的數學知識就可以證明

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證明2(僅用高中數學)

設繩子的長為1。

切n刀將繩子分成了n+1段,從左到右分別是:

滿足:,

如果這些繩子不能組成n+1邊形,那麼存在,

易見,只能恰有一段不小於

假設,易見此情況等價於所有的n刀都切在了右邊,故所求的概率為

設其中的某一組解為

假設,設某一組解為,容易發現,對於每一組解,都可以通過輪換的方式,和的解建立一一對映的關係:

故,對於任意,所求的概率均為

(答者注:嚴格地說,一一對映並不是集合大小相同的充分條件,反例有著名的整數和偶數一一對映,但在本題下,容易判斷,集合大小相等是成立的。嚴格的證明需要證明雅各比行列式的值為1才行,這並不難但有點麻煩,從略)

綜上,對於以上n+1種情況,這些繩子不能組成n+1邊形的總概率

故證畢!

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