282842712474 发表于 2022-10-24 11:37:44

n只鸭子出现在圆心角为θ>π的扇形的概率

原始题目为“4只鸭子出现在同一个半圆内的概率是多少”,本来已经是很古老的题目了,最近在网上又小火了一把。

论坛之前有过相关讨论,分别是:

https://bbs.emath.ac.cn/thread-16891-1-1.html

https://bbs.emath.ac.cn/thread-5241-1-1.html

很明显,这道题有两个推广方向:

1、“$n$只鸭子出现在同一个$d$维超半球内的概率是多少?”,这个据说已经有答案了,也不是我感兴趣的;

2、“$n$只鸭子出现在同一个圆心角为$\theta$的扇形的概率是多少?”,当$\theta \leq \pi$时,答案还算比较简单,是$n\left(\frac{\theta}{2\pi}\right)^{n-1}$。

比较困难的是$\theta > \pi$的分析。本帖就考虑这种情形,请大家指点。

mathe 发表于 2022-10-24 15:18:22

我们可以想象第一只鸭子的位置可以将圆周拆分成长度为$2\pi$的线段,然后后面n-1只鸭子落在这个线段上,将线段由拆分成n个小线段。设长度最大的线段的长度为s,那么我们就可以用角度$\theta=2\pi-s$的扇形覆盖住所有鸭子。
我们折算一下,也就是变成需要计算
      总长度为1的线段,随机分成n份以后,最长一段长度不小于$\frac{2\pi-\theta}{2\pi}$的概率
现在这个问题是一个被大家很好分析过的问题, 根据连接 https://www.zhihu.com/question/50198685
最长一段长度不小于x的概率为
    \[\sum_{k=1}^{min\{\lfloor\frac nx\rfloor,n\}}C_n^k (-1)^{k-1}(1-kx)^{n-1}\]
特别的当\(x\ge \frac12\)时,结果就变成了我们已经知道的简单形式$ n (1-x)^{n-1}$

282842712474 发表于 2022-10-24 16:08:13

mathe 发表于 2022-10-24 15:18
我们可以想象第一只鸭子的位置可以将圆周拆分成长度为$2\pi$的线段,然后后面n-1只鸭子落在这个线段上,将 ...

牛呀,我刚想到这个映射,mathe一下子就想到了~

yuange1975 发表于 2023-6-2 08:15:25

https://bbs.emath.ac.cn/thread-18922-1-1.html

抓住问题本质,巧解鸭子概率问题。

这个直接得到答案
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