倪举鹏 发表于 2015-9-7 16:35:10

球面三角形面积的期望

在单位球面上随机取3点,所构成的球面三角形面积的期望是多少?
在单位半球面上随机取3点,所构成的球面三角形面积的期望是多少?

关于球面三角形,请见这里28#

hujunhua 发表于 2015-9-8 16:01:07

球面的情况,期望值为`\pi/2`。
对于任意球面三角形,可以将其边延长为球面上的直线(即大圆),三个大圆两两相交,又得对径三点,并将球面分割为8个三角形。
这8个三角形构成的集合称为其任一成员的伴集。样本空间{单位球面上的全体三角形}就可按伴集进行划分。
对于特定的伴集,作为一个子样本空间,由于一个点与其对径点取到的几率各为1/2,所以其中每个三角形被取到的几率都是1/8。
8个三角形的面积和即球面表面积`4\pi`, 故子样本空间的期望值为`\pi/2`
既然各子空间的期望值是常量,因此原样本空间的期望值就是这个常量`\pi/2`

同理,如果问的是周长期望的话,答案就是`\frac32\pi`

hujunhua 发表于 2015-9-8 17:28:34

上述8个三角形,恰好有一个落在指定的半球面上。(对于两点或者3点落在半球边缘的特殊情况,概率为0,可忽略 )
即,球面三角形落在指定半球面上的概率为1/8。因此,答案就是`\pi/16`?
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