数学星空 发表于 2012-3-3 19:59:27

快刀斩乱麻问题

有一条长为100m的线被随机地切割成很多段,这些小段的平均长度为1cm,问长度介于4cm-5cm 的线段约有多少?

KeyTo9_Fans 发表于 2012-3-3 20:54:50

这是数学建模问题,不同的模型得到的答案不一样。

首先小段的数量为$(100m)/(1cm)=10000$段,切割点有$10000-1=9999$个。

模型$1$:

切割点的位置是$(0,100)$中均匀分布的随机数,$9999$个切割点相互独立。

模型$2$:

切第$n$刀时,先随机地从$n$段中选$1$段(每段被选中的概率均为$1/n$),然后在这段中随机地选$1$个点切开。

(以下模型是拿来当笑话讲的)

模型$3$:

长度为$100$的$2$维连续光滑曲线有(阿列夫$2$)种,我们随机选$1$种,记为曲线$C$。

假设我们的刀走的是直线。直线有(阿列夫$1$)种。我们随机选$1$种,记为直线$L$。

曲线$C$和直线$L$的交点个数记为$P(C,L)$。

曲线$C$被直线$L$切割后,长度介于$4cm$-$5cm$ 的线段的个数记为$N(C,L)$。

所求的结果就是:当$P(C,L)=9999$时,$N(C,L)$的期望值。

即:$E(N(C,L)|P(C,L)=9999)=?$

模型$4$:

把模型$3$中的直线改为曲线,即刀走的也是曲线。

模型$5$:

把$2$维改成$3$维,刀切线改为刀切面。

模型$6$:

刀切面改为刀切曲面。

模型$7$:

刀切曲面并不是完全随机的。

因为我们是用手挥刀的,所以有很多刀切曲面都无法通过实际的操作得到。

我们把手腕、手肘、手臂的三维模型建起来,模拟手腕、手肘、手臂的转动过程,得出在实际操作中,能挥出各种刀切曲面的概率。

模型$8$:

线是某种材料制成的。并不是所有的曲线都能在现实中摆出来的。我们应该根据材料的特点,求出该线摆成各种曲线的概率。

……

数学星空 发表于 2012-3-5 20:52:02

这是一个很经典的问题,当然也有比较满意的答案
可以读读下面的论文

wayne 发表于 2012-3-7 15:24:25

扫了一眼,论文关键的结论就是,
线段的长度x 服从的概率密度函数是:
f(x) =1/X *e^{-x/X}      X为平均长度

wayne 发表于 2012-3-7 15:45:03

感觉没有论文里的那么多事,呵呵,可以这么考虑:
沿着线段的尺度方向建立一维坐标轴,下刀点的位置Y,那么,可以认为 Y 服从 的均匀分布。
问题就是 产生N-1个这样的均匀分布的随机数Y,从小到大 进行排序。
求 P {a< |Yi-1 -Yi| <b}    (0<=i<N-1)

个数就是这个P的倒数
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