蒲丰投针-2PPT课件
(6)
• P(d) =2d/ (πl) =P(ad) +P(bd) +P(cd)
蒲 丰 投 针
数学1101班
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小组成员
洪丽珠 马丽
刘梦娇
葛靖文 王磊
代华斌 王晶
朱飞天
杨鹏
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蒲丰
(George-Louis Leclerc de Buffon, 1707.9.7-1788.4.16),
法国数学家、自然科学家。1707年 9月7日生于蒙巴尔;1788年4月16 日卒于巴黎。蒲丰10岁时在第戎耶 稣会学院读书,16岁主修法学,21 岁到昂热转修数学,并开始研究自 然科学,特别是植物学。1733年当 选为法国科学院院士,1739年任巴 黎皇家植物园园长,1753年进入法 兰西学院。1771年接受法王路易十 五的爵封。
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• 其中投针问题可述为:设在平面上有一组 平行线,其距都等于D,把一根长l<D的针
随机投上去,则这根针和一条直线相交的 概率是2l/πD.由于通过他的投针试验法可 以利用很多次随机投针试验算出π的近似
值,所以特别引人瞩目,这也是最早的几 何概率问题.并且蒲丰本人对这个实验给予 证明。
• (书本P26)
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二维空间中的蒲丰投针问题
a把针替换成三角形时的蒲丰问题 b把针替换成四边形时的蒲丰问题 c把针替换成硬币时的蒲丰问题
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• 设平面上画有等距离l(l>0)的平行 线,向平面上任意投掷一个以a,b,c 为边长的三角形,且a<l,b<l,c<l时 ,求三角形与平行线相交的概率
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蒲丰投针问题研究史
• 蒲丰是几何概率的开创者,并以蒲丰投针 问题闻名于世,发表在其1777年的论著《 或然性算术试验》中.其中首先提出并解决 下列问题:把一个小薄圆片投入被分为若
干个小正方形的矩形域中,求使小圆片完
全落入某一小正方形内部的概率是多少,
接着讨论了投掷正方形薄片和针形物时的 概率问题.这些问题都称为蒲丰问题.
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6
投针步骤
• 1) 取一张白纸,在上面画上许多条 间距为d的平行线。
• 2) 取一根长度为l(l<d) 的针,随 机地向画有平行直线的纸上掷n次,观 察针与直线相交的次数,记为m
• 3)计算针与直线相交的概率.
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• 求:平面上画有间隔为d(d>0)的等距平行 线,向任意平面投一枚长为l(l<d)的针, 求针与任意平行线相交的概率。
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Байду номын сангаас • 解 1) 和三角形与平行线相交的讨论相似, 四边形与平行 线相交也有5种情形:
• ①四边形只有一个顶点在一条平行线上(1个交点) (如图(a))
• ②四边形有两条边分别与平行线相交(2个交点) (如图(b));
• ③平行线过四边形的对角线(2个交点) (如图(c));
• ④四边形的某一顶点恰好在平行线上, 其对应的某一边也 在同一条平行线上(2个交点) (如图(d));
• ②由假设, 三角形中有两条边与平行线相交.
• 所以, 当三角形的a边与平行线相交时, 必然导致b边或c边 与平行线相交,
• 即: P(a) =P(ab) +P(ac)
(1)
• 同理有:
•
P(b) =P(ab) +P(bc)
(2)
•
P(c) =P(ac) +P(bc)
(3)
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• ④三角形的某一条边与一平行线重合, 此时认为三角形与 平行线的交点有无穷多个(如图(d)所示)
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• 由于三角形的三个顶点及三条边所占 有的区域的面积为零, 在几何概率中, 其概率也为零.
• 因此, 三角形与平行线相交的概率在 数值上等于三角形中有两条边与平行 线相交时的概率. 即
• ⑤四边形的某一条边与平行线重合(无穷多个交点) (如图
(e)). 2021/3/30
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• 因为四边形的四个顶点及四条边所占有的 区域的面积为零, 在几何概率中, 其概率 也为零. 因此, 四边形与平行线相交的概 率在数值上等于四边形中有两条边与平行 线相交的概率, 即
• P4 =P(ab) +P(ac) +P(ad) +P(bc) +P(bd) +P(cd) .
• 2) 对四边形的每一条边进行单独考虑, 并假设四边形与平 行线相交时, 四边形有两条边与平行线相交. 由蒲丰投针问 题可得:
• P(a) =2a/ (πl) =P(ab) +P(ac) +P(ad)
(4)
• P(b) =2b/ (πl) =P(ab) +P(bc) +P(bd)
(5)
• P(c) =2c/ (πl) =P(ac) +P(bc) +P(cd)
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• 解 1) 当三角形与平行线相交时, 有下列4种情形:
• ①三角形只有一个顶点在一条平行线上, 即三角形与平行 线只有1个交点(如图(a)所示);
• ②三角形有两条边分别与平行线相交, 交点有2个(如图 (b)所示);
• ③三角形的某一个顶点在一条平行线上, 其对应边也在同 一条平行线上(如图(c)所示);
• P3 =P(ab) +P(bc) +P(ac).
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把针替换成四边形时的蒲丰问题
• 平面上画有等距离l(l >0)的平行线, 向平面上任意投掷一个以a, b, c, d 为边长的四边形, 此四边形的两条对 角线分别为e, f, 且设a, b, c, d, e, f均小于l, 求此四边形与平行线相 交的概率.
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• 1850年,瑞士数学家沃尔夫在苏黎世,用 一根长36mm的针,平行线间距为45mm,投 掷5000次,得π≈3.1596.
• 1864年,英国人福克投掷了1100次,求得 π≈3.1419.1901年,意大利人拉泽里尼投 掷了3408次,得到了准确到6位小数的π值 .
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考虑三角形中有两条边与平行线相交的情况.
• ①投掷三角形时, 若只考虑三角形的a边与平行线是否相交, 则a与平行线相交的概率仍然符合蒲丰投针问题,
• 故三角形的a边与平行线相交的概率为P(a) =2a/ (πl) .
• 同理有P(b) =2b/ (πl) ; P(c) =2c/ (πl) .
投针试验PPT课件
为宾客们做一次有趣的试验,他先在
一张白纸上画满了一条条距离相等的
数学家蒲丰 平行线。然后,他抓出一大把小针, (Buffon, 每根小针的长度都是平行线之间距离
Georges 的一半。蒲丰说:“请诸位把这些小
Louis) (1707-1788)
针一根一根地往纸上随便扔吧。”客
人们好奇地把小针一根一根地往纸上
在数学的天地里,重要 的不是我们知道什么,而是 我们怎么知道什么。
——毕达哥拉斯
义务教育课程标准实验教科书 九年级 上 册
6.2 投 针 试 验
温二十中
你闻到了吗?
相信自己,勇 敢的表达自己 的想法!
课外冲浪
蒲丰投针法国自然哲学家蒲丰先生经
常搞点有趣的试验给朋友们解闷。
1777年的一天,蒲丰先生又在家里
试验方式:小组合作交流,全班汇总试验验数据,达到数
据共享
试验工具:有距离为a平行线的纸,长度是l粗细均匀的针(l<a)
还有什么方面需要注意的吗?
Just do it!
每组至少完成100次试验 可采用不同的方式记录其中相交和不相交的次数 快速完成,争取名次 准确、美观、独特、创新…的制作表1
Just do it!
3.141 592 9 3.17 5
课外冲浪
用计算机实现统计模拟或抽 样,以获得问题的近似解,称为 蒙特卡罗(Monte Carlo)方法, 又称统计模拟法或统计试验法。 它是以概率和统计的理论为基础 的一种计算方法,他将所求解的 问题与一定的概率模型相联系。
我的课堂,我做主
小组讨论: 用几句话归纳这节课的几个环节
乱扔。
试一试 猜一猜
当针投到平行线的纸上时,会有什么情况出现?
蒲丰投针试验讲解课件
该试验不仅在理论上具有重要意义,对 于理解随机性和几何规律的本质有重要 贡献,而且在实际应用中也有广泛的应
用价值。
蒲丰投针试验可以应用于统计学、物理 学、计算机科学等多个领域,为相关领
域的研究提供了重要的启示和工具。
蒲丰投针试验的局限性
01
02
03
04
蒲丰投针试验虽然是一个经典 的试验,但是它也存在一些局
针方向与平行线垂直。
重复投掷蒲丰投针N次,记录每 次投掷的结果。
测量与计算阶段
测量投掷后蒲丰投针 与平行线之间的距离 ,记录下来。
根据公式π=2*n/N ,计算π的近似值, 其中n为相交次数, N为投掷次数。
根据记录的数据,计 算蒲丰投针与平行线 相交的次数。
CHAPTER 03
试验结果分析
蒲丰投针试验的预期结果
蒲丰投针试验是一种估算π值的方法,其预期结果是通过投掷 一根针到一张白纸上,然后统计针与白纸边缘相交的次数, 来估算π的值。
蒲丰投针试验的预期结果是根据概率论和几何学原理推导出 来的,即当投掷次数足够多时,针与白纸边缘相交的频率接 近于π/4。
实际结果与预期结果的比较
在实际进行蒲丰投针试验时,需要记录针与白纸边缘相交的次数,并计 算出相应的π值。
限性。
首先,该试验的结果受到投针 方式、试验环境等因素的影响 ,可能导致结果存在误差。
其次,蒲丰投针试验的应用范 围相对有限,主要适用于一些 特定的几何形状和随机性问题
。
最后,蒲丰投针试验的结论仅 适用于理想化的模型,与实际
情况可能存在差异。
未来研究方向与展望
随着科学技术的发展和研究的深入, 蒲丰投针试验在未来仍有广阔的研究 前景。
蒲丰投针试验讲解课 件
数学实验_第四章概率论与数理统计
>> n=40; >> p=1-nchoosek(365,n)*factorial(n)/365^n 运行结果: p= 0.8912
2.某接待站在某一周曾接待过 12 次来访,已知所有这 12 次接待 都是在周二和周四进行的, 问是否可以推断接待时间是有规定的? >> p=2^12/7^12 %接待时间没有规定时, 访问都发生在周二和周四 的概率 运行结果: p= 2.9593e-007 此概率很小,由实际推断原理知接待时间是有规定的。
概率概念的要旨是在 17 世纪中叶法国数学家帕斯卡与 费马的讨论中才比较明确。他们在往来的信函中讨论" 合理分配赌注问题", 在概率问题早期的研究中, 逐步建 立了事件、概率和随机变量等重要概念以及它们的基本 性质。后来由于许多社会问题和工程技术问题,如:人 口统计、保险理论、天文观测、误差理论、产品检验和 质量控制等, 这些问题的提出, 均促进了概率论的发展。
实验一
排列数与组合数的计算
【实验目的】 1.掌握排列数和组合数的计算方法 2.会用 Matlab 计算排列数和组合数 【实验要求】 1.掌握 Matlab 计算阶乘的命令 factorial 和双阶乘的命令 prod 2.掌握 Matlab 计算组合数的命令 nchoosek 和求所有组合的命令 combntns
蒲丰投针 2
• 1850年,瑞士数学家沃尔夫在苏黎世,用 一根长36mm的针,平行线间距为45mm,投 掷5000次,得π ≈3.1596. • 1864年,英国人福克投掷了1100次,求得 π ≈3.1419.1901年,意大利人拉泽里尼投 掷了3408次,得到了准确到6位小数的π 值 .
2013-3-24
• 其中投针问题可述为:设在平面上有一组
平行线,其距都等于D,把一根长l<D的针 随机投上去,则这根针和一条直线相交的 概率是2l/π D.由于通过他的投针试验法可 以利用很多次随机投针试验算出π 的近似 值,所以特别引人瞩目,这也是最早的几 何概率问题.并且蒲丰本人对这个实验给予 证明。
2013-3-24
在考虑一个以r(r <l/2)为半径的硬币与平 面上画有间距为l的平行线相交的概率时, 假设硬币的周长为c, c=2π r, 则其概率结 果可以改写成: P0 =2r/ l =2π r/ (π l) =c/ (π l).
• 从上面的结果发现, 它们的形式是一 样的, 都是周长除以π l的形式,本小 组从中得到启发: 在蒲丰问题中, 对 投掷一个一般的凸多边形来说, 它与 平行线相交的概率可能与这个凸多边 形的周长密切相关.
2013-3-24
蒲丰投针问题研究史
• 蒲丰是几何概率的开创者,并以蒲丰投针
问题闻名于世,发表在其1777年的论著《 或然性算术试验》中.其中首先提出并解决 下列问题:把一个小薄圆片投入被分为若 干个小正方形的矩形域中,求使小圆片完 全落入某一小正方形内部的概率是多少, 接着讨论了投掷正方形薄片和针形物时的 概率问题.这些问题都称为蒲丰问题.
2013-3-24
• 解 1) 和三角形与平行线相交的讨论相似, 四边形与平行 线相交也有5种情形: • ①四边形只有一个顶点在一条平行线上(1个交点) (如图(a)) • ②四边形有两条边分别与平行线相交(2个交点) (如图(b)); • ③平行线过四边形的对角线(2个交点) (如图(c)); • ④四边形的某一顶点恰好在平行线上, 其对应的某一边也 在同一条平行线上(2个交点) (如图(d)); • ⑤四边形的某一条边与平行线重合(无穷多个交点) (如图 (e)).
投针试验--北师大版
——毕达哥拉斯
义务教育课程标准实验教科书 九年级 上 册
6.2 投 针 试 验
温二十中
你闻到了吗?
相信自己,勇 敢的表达自己 的想法!
课外冲浪
蒲丰投针法国自然哲学家蒲丰先生经
常搞点有趣的试验给朋友们解闷。
1777年的一天,蒲丰先生又在家里
乱扔。
; 欧洲杯直播/
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可当他快到终点时,才发现机会全错过了。 第三个弟子吸取了前边两个弟子的教训。当走过全程三分之一时,即分出大中小三类;再走三分之一时,验是否正确;等到最后三分之一时,他选择了属于大类中的一个美丽的穗。虽说,这穗不是田里最好最大的一个,但对他来说,已经 是心满意足了。 137、科学史上因语文而失误例谈 ①美国化学家路易斯于1916年在一篇中提出了共价键理论,但在本世纪20年代曾一度被称为朗缪尔理论。原因是路易斯虽很聪明,但性格内向,不善言谈,他提出功价键理论后,并未引起多大反响。致使这一理论濒临泯灭的困 境。幸亏三年后,一位思想敏锐的化学家朗缪尔看出了共价键理论的重大意义,于是,一方面凭借生动活泼流畅的文笔在有影响的《美国化学学会志》等刊物发表系列,一方面又以滔滔不绝的口才在国内大型学术会议上多次发表演说,终于使这一理论走出了困境,得到普遍承认。 ②现在举世公认,美国科学家维纳是信息论的创始人,因为他在上世纪50年代对信息论做了系统阐述,并建立了维纳滤波理论和信号预测论。可早在30年代就提出信息论的竟是中国数学家申农。最先提出信息论的却没有成为创始者,其原因固然很复杂,但有一点可以肯定,申农未能充分 利用语文工具对信息论进行系统阐述和广泛宣传,该是原因之一。 ③著名物理学家法拉第,早在1873年就已经发现了电磁感应现象,但由于他在论述这一现象时,用语晦涩,致使这项重大的科学发现在长达26年的确时间里被束之高阁。后来幸亏了酷爱诗歌的物理学家麦克斯韦以他 特有的形象思维和精练的语言,把它描述出来,才使这一重大科学发现公之于众。 138、老报纸的价值 旧报纸,若是卖给收废品的,一斤大约三四毛钱。 但吴江路就有一家老报纸馆专营《人民日报》、《光明日报》、《解放军报》和《文汇报》等老报纸,上世纪60年代的 普通报纸,每张要卖218元,就是上世纪80年代的普通报纸,每张也要卖128元。那些按理说没有收藏价值的普通旧报纸居然还卖得挺火。 原来,商家打出的宣传是这样的:为自己或者是亲人卖一份生日老报纸吧!颜色已发黄的老报纸配以充满怀旧情调的包装,就有一些历史韵味。 顾客主要是二三岁的市民,他们或者购买自己出生那一天的报纸,看看自己出生那天世界发生了哪些事,或者卖来赠送给长辈,以引起长辈对青春的记忆。 这老板叫刘德保,素有收集老报纸的兴趣。他将老报纸的卖点定位于生日礼物上,可谓别出心裁,既雅致,又有韵味;既可以 满足青年人对出生那个年代的好奇,又会唤起中老年人对逝去岁月的缅怀。三四毛钱一斤的旧报纸得以卖出每张一二百元的高价,价钱翻了千倍以上,可谓极高附加值了! 139、最大的不幸 一个人在他23岁时为人陷害,在牢房里呆了9年,后来冤案告破,他终于走出了监狱。出 狱后,他开始了常年如一日的反复控诉、咒骂:“我真不幸,在最年轻有为的时候竟遭受冤屈,在监狱度过本应最美好的一段时光。那样的监狱简直不是人居住的地方,狭窄得连转身都困难。唯一的细小窗口里几乎看不到星点灿烂的阳光,冬天寒冷难忍;夏天蚊虫叮咬……真不明白,上 帝为什么不惩罚那个陷害我的家伙,即使将千刀万剐,也难以解我心头之恨啊!” 73岁那年,在贫病交加中,他终于卧床不起。弥留之际,牧师来到他的床边:“可怜的孩子,去天堂之前,忏悔你在人世间的一切罪恶吧……”牧师的话音刚落,病床上的他声嘶力竭地叫喊起来: “我没有什么需要忏悔,我需要的是诅咒,诅咒那些施予我不幸命运的人……” 牧师问:“您因受冤屈在监狱呆了多少年?离开监狱后又生活了多少年?”他恶狠狠地将数字告诉了牧师。 牧师长叹了一口气:“可怜的人,您真是世上最不幸的人,对您的不幸,我真的感到万分 同情和悲痛!但他人囚禁了你区区9年,而当你走出监牢本应获取永久自由的时候,您却用心底里的仇恨、抱怨、诅咒囚禁了自己整整41年!” 140、索尼:不迷信专家 近几年,日本索尼公司在招聘大学生时,对学校名称采取“不准问,不准说,不准写”的“三不”方针。公司认为, 在激烈竞争和多变时代,企业需要各种人才,只有将各种不同的人聚集在一起,才能更好地发挥创造性,开发出新产品。只在少数名牌大学中招聘人才,会使企业失去活力。索尼公司的创始人之一的井深大说:“我从不迷信专家,专家倾向于争辩你为什么不做或不能做某种事情,而我们 经常强调的是从无到有去实干。”因此,索尼喜欢思想敏锐、不墨守成规、勇于探索创新的人,他们鼓励科技人才“跳槽”,可以在公司任何部门寻找新的职位,“毛遂自荐”参与项目的开发研究。公司认为,这种人思想开放,思维活跃,兴趣广泛,具有创造意识和创新精神,是实干家 而不是空谈家,有培养和发展前途,应加以重用。 141、神奇的皮鞋 多明尼奎?博登纳夫,是法国一位年轻企业家、艺术家。他所经营的公司历来就是发展美术业,但始终都是没有看到兴旺的一天。 一天,他在徒步回家的路上,突然,感到脚下有什么绊了一下,低头一看,原 来是一只破旧皮鞋,他刚想抬起脚将它踢开,却又发现这只鞋有几分像一张皱纹满布的人脸。一个艺术的灵感刹那间在他脑海里闪现,他如获至宝,于是赶忙将破旧皮鞋拾起,迫不及待地跑回家,将其改头换面,变成了一件有鼻有眼有表情的人像艺术品。 以后,博登纳夫又陆续捡 回一些残旧破皮鞋,经过他那丰富的想象力和神奇的艺术之手再加工,一双双被遗忘的“废物”先后变成奇妙谐趣的皮鞋脸谱艺术品。后来,博登纳夫在巴黎开设了皮鞋人像艺术馆,引起了轰动,生意异常兴隆。 看来,在现实生活中,在许多人不屑一顾的小小事情里,往往都隐藏 着成功的契机。当然,要获成功,得靠用心发掘。博登纳夫的这一成功,无疑就在于他比别人多了一个“艺术”心眼。 142、我们到底有多美 世界著名法学家德沃金先生到中国一游,并在几所著名法学院巡回讲演。在一次讲演后,与学生们青春激扬的问答恰恰相反,有一个蠢 货突然发问:“你对我们这所大学如何看?”他到这个学校,准确地说,到这个梯形教室,只有几十分钟,始则略有诧异,继则笑笑,充满理解地笑笑,说:“这是个极好的大学!”——他还能说什么呢?! 这是时下的一种通病。有些人见到洋人,尤其是见到欧美来的西洋人,便 非要拉住人家的手问长问短,非要请教别人自己美不美,非要请教别人我们这里是不是好山好水好地方。真的不懂,我们的学子从幼儿园起就接受爱国主义教育,居然仍旧如此不自信。 但凡有人以中国特色为名,拒绝外国的时候,被拒绝的大多是比较先进的,也是比较合理的。相 反,学习外国坏东西的时候,我们大多不谈中国特色。鼓励汽车消费时也不谈中国特色。养狗成风时也不谈中国特色。近年来中国兴起了养狗热潮,说是西洋人也喜欢养狗,因为狗是人类的朋友。但西洋人有导盲犬,我们有吗?没有。反正街上是见不到一条导盲犬。 143、以德报怨 没有社会效用 过去我们一直以为“以德报怨”是最高的道德境界,可是关于德怨相报的经济学分析却表明,以德报怨的社会效用为0分,一个小偷被抓到了,报之以德,会给他一个错误的暗示,结果鼓励他错上加错。如有人问孔子:“以德报怨,会怎么样呢?”孔子答:“怎么会用 德去报怨呢?!应当以直报怨。报德的对象只能是德而不是怨。”孔子对如何抱怨的方案是“直”,它可以理解为,一是要用正直的方式对待破坏规则的人,二是要直率地告诉对方,你什么地方做错了事。经济学家认为,以直报怨的社会效用是1分,以直报怨的人,既不想迎合你(报 德);也不想报复你(报怨);而是让你知道错在哪里,犯了什么规。在道德的范畴内,这种方式也是满不错的。 最糟糕的是以怨报怨,怨怨相报,只能两败俱伤,所以经济学分析给它打了-2分。 144、钱学森的“大成智慧学” 《日报?理论周刊》4月12日刊登中国人民大 学教授钱学敏的文章,介绍了钱学森的“大成智慧学”。 钱老曾说:“人的智慧是两大部分:量智和性智。缺一不成智慧!此为‘大成智慧学’。”什么是“量智”和“性智”呢?钱老认为,现代科学技术体系中的数学科学、自然科学、系统科学、军事科学、社会科学、思维科学、 人体科学、地理科学、行为科学、建筑科学等10大科学技术部门的知识是性智、量智的结合,主要表现为“量智”;而文艺创作、文艺理论、美学以及各种文艺实践活动,也是性智与量智的结合,但主要表现为“性智”。“性智”、“量智”是相通的。 钱老说:“‘量智’主要是 科学技术,是说科学技术总是从局部到整体,从研究量变到质变,‘量’非常重要。当然科学技术也重视由量变所引起的质变,所以科学技术也有‘性智’,也很重要。大科学家就尤其要有‘性智’。‘性智’是从整体感受入手去理解事物,是从‘质’入手去认识世界。中医理论就如此, 从‘望、闻、问、切’到‘辨施治’,但最后也有‘量’,用药都定量的嘛。” 关于“量智”与“性智”、逻辑思维与形象思维不可分离及其在科学与艺术创作过程中的作用,钱老分析:“从思维科学角度看,科学工作总是从一个猜想开始的,然后才是科学论;换言之,科学工作 是源于形象思维,终于逻辑思维。形象思维是源于艺术,所以科学工作是先艺术,后才是科学。相反,艺术工作必须对事物有个科学的认识,然后才是艺术创作。在过去,人们总是只看到后一半,所以把科学和艺术分了家,而其实是分不了家的;科学需要艺术,艺术也需要科学。” 145、平常心 三伏天,禅院的草地枯黄了一大片。“快撒些草籽吧,好难看啊!”小和尚说。“等天凉了。”师父挥挥手,“随时。” 中秋,师父买了一大包草籽,叫小和尚去播种。秋风突起,草籽飘舞。“不好,许多草籽被吹飞了。”小和尚喊。“没关系,吹走的多半是空 的,撒下去也不会发芽。”师父说,“随性。” 撒完草籽,几只小鸟即来啄食。“要命了!草籽都被鸟吃了!”小和尚急得跳脚。“没关系,草籽多,吃不完!”师父继续翻着经书,“随遇。” 半夜一场骤雨。一大早,小和尚冲进禅房:“师父!这下完了,好多草籽被雨水冲 走了!”“冲到哪儿,就在哪儿发芽!”
蒲丰投针原理
/4.因为对于每一个z,这个概率都为(π-2)/4,因此对于任意的正数x,y,z,有P=(π-2)/4,命题得证。
为了估算π的值,我们需要通过实验来估计它的概率,这一过程可交由计算机编程来实现,事实上x+y>z,x²+y²;﹤z²;等价于(x+y-z)(x²+y²-z²;)﹤0,因此只需检验这一个式子是否成立即可。
若进行了m 次随机试验,有n次满足该式,当m足够大时,n/m趋近于(π-2)/4,令n/m=(π-2)/4,解得π=4n/m+2,即可估计出π值。
值得注意的是这里采用的方法:设计一个适当的试验,它的概率与我们感兴趣的一个量(如π)有关,然后利用试验结果来估计这个量,随着计算机等现代技术的发展,这一方法已经发展为具有广泛应用性的蒙特卡罗方法。
计算π最稀奇方法之一计算π的最为稀奇的方法之一,要数18世纪法国的博物学家C·布丰和他的投针实验:在一个平面上,用尺画一组相距为d的平行线;一根长度小于d的针,扔到画了线的平面上;如果针与线相交,则该次扔出被认为是有利的,否则则是不利的.布丰惊奇地发现:有利的扔出与不利的扔出两者次数的比,是一个包含π的表示式.如果针的长度等于d,那么有利扔出的概率为2/π.扔的次数越多,由此能求出越为精确的π的值.公元1901年,意大利数学家拉兹瑞尼作了3408次投针,给出π的值为3.1415929——准确到小数后6位.不过,不管拉兹瑞尼是否实际上投过针,他的实验还是受到了美国犹他州奥格登的国立韦伯大学的L·巴杰的质疑.通过几何、微积分、概率等广泛的范围和渠道发现π,这是着实令人惊讶的!证明下面就是一个简单而巧妙的证明。
找一根铁丝弯成一个圆圈,使其直径恰恰等于平行线间的距离d。
可以想象得到,对于这样的圆圈来说,不管怎么扔下,都将和平行线有两个交点。
几何概型及蒲丰投针试验主讲共25页
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正,其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等,但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
21、要知道对好事的称颂过于夸大,也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。——韩愈
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基
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现代信息技术在中学概率教学中的应用:蒲丰投针实验
这是数学建模的第一步。看下面这 张投针 的示意 图
图2
这里呈现了三种相交和两种不相交的情 况。看来 , 与平行线 针
是否相交是 由两个因素决定 的 : 一是投 针的位置, 二是投针 的方 向。
我们 可以用针的中点到离它最近的平行线 的距离 x 刻画针 的位置 ,
动画软件平台难以实现的。这类课 件极大地丰富了教学资 源, 有效
这个实验给 出了一个全新的利用概率思想计算 叮 的近似值的 r 方法 , 后来这种方法发展成为利用计算机模拟解决数学和物理问题
的重要方法之一—蒙特卡罗方法 ( MC) 介绍这 个实验 不仅可 以提 。 高学生学 习概率 的兴趣 , 而且加深学生对 概率 的认识 , 更能初 步体 会到计算机是当今科学研究的重要工具 。
维普资讯
敏 毛 C
20. 07 8
( 下旬刊 )
现代信 息技术在 中学概率教学 中 的应 用 : 蒲丰投针 实验
口 王
中图分类号 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 4 G6 2 文献标识码 : A
培
湖北 ・ 汉 武 4 07) 3 09
文章编号 :6 2 7 9 ( 0 7) 8 0 5 0 17 - 8 4 2 0 0— 6— 2
用平行线从左 向右的方向与针向上 的方向形成的夹角 0刻画针 的
方 向 ( 图 ) 如 ,
图 1
学教育软件 《 超级画板 》 开发 制作而成 的。 对于广 大教师 来说 ,
只需要在课堂上运行这 个课 件就行 了, 用起来十分方便 , 使 不需 要 经过技术培训 。下 图是这个课件 的运行效 果图 ,显示 了实验 经过 21 0 次的结果 , 中红针表示针与平行 线相交 。 其 当然 , 如果觉得实验 次数太少 , 以通过 鼠标选择 相应按钮 重 可 新开始实验 , 直到你所满意的次数 , 以调节针的长度。类似地 , 还可
投针试验
投针试验投针问题1777年法国科学家布丰提出的一种计算圆周率的方法——随机投针法,即著名的布丰投针问题。
投针步骤这一方法的步骤是:1)取一张白纸,在上面画上许多条间距为a的平行线。
2)取一根长度为l(l<a)的针,随机地向画有平行直线的纸上掷n次,观察针与直线相交的次数,记为m3)计算针与直线相交的概率.18世纪,法国数学家布丰和勒可莱尔提出的“投针问题”,记载于布丰1777年出版的著作中:“在平面上画有一组间距为a的平行线,将一根长度为l(l<a)的针任意掷在这个平面上,求此针与平行线中任一条相交的概率。
”布丰本人证明了,这个概率是p=2l/(πd) π为圆周率利用这个公式可以用概率的方法得到圆周率的近似值。
下面是一些资料试验者时间投掷次数相交次数圆周率估计值Wolf1850年5000 2532 3.1596Smith 1855年3204 1218.5 3.1554C.De Morgan 1680年600 382.5 3.137Fox1884年1030 489 3.1595Lazzerini 1901年3408 1808 3.1415929Reina 1925年2520 859 3.1795设这三个正数为x,y,z,不妨设x≤y≤z,对于每一个确定的z,则必须满足x+y>z,x²+y²;﹤z²;,容易证明这两个式子即为以这3个正数为边长可以围成一个钝角三角形的充要条件,用线性规划可知满足题设的可行域为直线x+y=z与圆x²+y²=z²;围成的弓形,总的可行域为一个边长为z的正方形,则可以围成一个钝角三角形的概率P=S弓形/S正方形=(πz²/4-z²/2)/z²=(π-2)/4.因为对于每一个z,这个概率都为(π-2)/4,因此对于任意的正数x,y,z,有P=(π-2)/4,命题得证。
【数学课件】投针试验
π的试验值
3.159 6 3.155 4 3.137 3.159 5 3.141 592 9 3.17 5
课外冲浪
用计算机实现统计模拟或抽 样,以获得问题的近似解,称为 蒙特卡罗(Monte Carlo)方法, 又称统计模拟法或统计试验法。 它是以概率和统计的理论为基础 的一种计算方法,他将所求解的 问题与一定的概率模型相联系。
好好学习,天天向上。
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Just do it!
分工合作:统计全班的试验数据 实验次数 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1700
相交频数 相交频率
请每组同学利用全班的试验数据制作折线统计图; 通过本次试验、统计的过程,你什么发现和感想吗?
投针试验的历史资料
我的课堂,我做主
小组讨论: 用几句话归纳这节课的几个环节 完成了这节课的学习,对我影响最深的学 习体验是什么?
这节课还存在的疑惑是什么?又将如何去解决?
课外冲浪
最后蒲丰宣布结果:大家共投针2212次, 其中与直线相交的就有704次。用704去除2212, 得数为3.142。他笑了笑说:“这就是圆周率π 的近似值。”这时,众宾客哗然:“圆周率π? 这根本和圆沾不上边呀?”蒲丰先生却好像看透 了众人的心思,斩钉截铁地说:“诸位不用怀 疑,这的确就是圆周率π的近似值。你们看,连 圆规也不要,就可以求出π的值来。只要你有耐 心,投掷的次数越多,求出的圆周率就越精 确。”这就是数学史上有名的“投针试验”。
试验者
Wolf Smitn C.Dg morgan Fox Lazzerini Reina
时间
1850年 1855年 1860年 1884年 1901年 1925年
