0
EN
1
المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

قم بتسجيل الدخول اولاً لكي يتسنى لك الاعجاب والتعليق.

Square Triangle Picking

المؤلف:  Alagar, V. S.

المصدر:  "On the Distribution of a Random Triangle." J. Appl. Prob. 14

الجزء والصفحة:  ...

13-2-2020

2882

+

-

20

Square Triangle Picking

Square triangle picking

Square triangle picking is the selection of triples of points (corresponding to endpoints of a triangle) randomly placed inside a square. n random triangles can be picked in a unit square in the Wolfram Language using the function RandomPoint[Rectangle[], <span style={" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SquareTrianglePicking/Inline2.gif" style="height:15px; width:5px" />n, 3<span style=}" src="http://mathworld.wolfram.com/images/equations/SquareTrianglePicking/Inline3.gif" style="height:15px; width:5px" />].

Given three points chosen at random inside a unit square, the average area of the triangle determined by these points is given analytically by the multiple integrals

A^_ =

(1)

=

(2)

Here, (x_i,y_i) represent the polygon vertices of the triangle for i=1, 2, 3, and the (signed) area of these triangles is given by the determinant

Delta = 1/(2!)|x_1 y_1 1; x_2 y_2 1; x_3 y_3 1|

(3)

= 1/2(-x_2y_1+x_3y_1+x_1y_2-x_3y_2-x_1y_3+x_2y_3).

(4)

The solution was first given by Woolhouse (1867). Since attempting to do the integrals by brute force result in intractable integrands, the best approach using computer algebra is to divide the six-dimensional region of integration into subregions using cylindrical algebraic decomposition such that the sign of Delta does not change, do the integral in each region directly, and then combine the results (Trott 1998). Depending on the order in which the integration variables are ordered, between 32 and 4168 regions are obtained. The result of combining these pieces gives the mean triangle area

 A^_=(11)/(144)

(5)

(Ambartzumian 1987, Pfiefer 1989, Trott 1998; Trott 2006, pp. 303-304).

Once A^_ is known, the variance in area is easily calculated by first computing the raw moment ,

<A^2> =

(6)

= 1/(96),

(7)

giving

var(A^_) = <A^2>-A^_^2

(8)

= (95)/(20746)

(9)

= 0.004581....

(10)

SquareTrianglePickingDistribution

The distribution function for the area of a random triangle inscribed in a square is given exactly by

 P(A)=4[12(ln(2A)-5)ln(2A)A^2+24(A+1)Li_2(2A)A-4(A+1)pi^2A-6A+3(2A-1)(10A+1)ln(1-2A)+3]

(11)

(M. Trott, pers. comm., Jan. 27, 2005; Trott 2006, p. 306). The corresponding distribution function is given by

 D(A)=-(16)/3[17-3ln(2A)]A^3+16(2A+3)[Li_2(2A)-1/6pi^2] 
 +4/3(1-17A)A+2/3(1-2A)(1-16A-68A^2)ln(1-2A)

(12)

(Philip).

P(A) satisfies the beautiful fourth-order ordinary differential equation

(13)

(M. Trott, pers. comm., Jan. 27, 2005; Trott 2006, p. 307).

This gives the beautiful formula for raw moments  as

(14)

where H_n is a harmonic number, so the raw moments for n=1, 2, ... are 11/144, 1/96, 137/9000, 1/2400, 363/109760, ... (OEIS A093158 and A093159).

A closed form is more difficult to compute for the nth central moments mu_n, but the first few for n=1, 2, ... are 0, 95/20736, 75979/186624000, 1752451/17915904000, ... (OEIS A103281 and A103282; Trott 2006, p. 307).

SquareTrianglePickingPointDistribution

A closed form for the probability that a given point (x,y) lies within a randomly picked triangle can also be obtained as

(15)

where

(16)

(M. Trott, pers. comm., Jan. 31, 2005; Trott 2006, p. 310). This is expression is valid for 1/2<=x<1 and 1/2<=y<=x, with the expression over the whole unit square given by symmetry as

(17)

As expected, this expression satisfies

 int_0^1int_0^1P(x,y)dxdy=(11)/(144).

(18)

Pick three points at random in the unit square, and denote the probability that the three points form an obtuse triangle by Pi(2). Langford (1969) proved that

Pi(2) = (97)/(150)+1/(40)pi

(19)

= 0.725206483...

(20)

(OEIS A093072).


REFERENCES:

Alagar, V. S. "On the Distribution of a Random Triangle." J. Appl. Prob. 14, 284-297, 1977.

Ambartzumian, R. V. (Ed.). Stochastic and Integral Geometry. Dordrecht, Netherlands: Reidel, 1987.

Buchta, C. "Über die konvexe Hülle von Zufallspunkten in Eibereichen." Elem. Math. 38, 153-156, 1983.

Buchta, C. "Zufallspolygone in konvexen Vielecken." J. reine angew. Math. 347, 212-220, 1984.

Finch, S. R. "Geometric Probability Constants." §8.1 in Mathematical Constants. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 479-484, 2003.

Henze, N. "Random Triangles in Convex Regions." J. Appl. Prob. 20, 111-125, 1983.

Klee, V. "What Is the Expected Volume of a Simplex Whose Vertices Are Chosen at Random from a Given Convex Body." Amer. Math. Monthly 76, 286-288, 1969.

Langford, E. "The Probability that a Random Triangle is Obtuse." Biometrika 56, 689-690, 1969.

Pfiefer, R. E. "The Historical Development of J. J. Sylvester's Four Point Problem." Math. Mag. 62, 309-317, 1989.

Philip, J. "The Area of a Random Convex Polygon." Tech. Report TRITA MAT 04 MA 07. n.d. http://www.math.kth.se/~johanph/area12.pdf.

Santaló, L. A. Integral Geometry and Geometric Probability. Reading, MA: Addison-Wesley, 1976.

Seidov, Z. F. "Letters: Random Triangle." Mathematica J. 7, 414, 2000.

Seidov, Z. F. 2000. http://axchiv.org/abs/math.GM/0002134/.

Sloane, N. J. A. Sequences A093072, A093158, A093159, A103281, and A103282 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Trott, M. "The Area of a Random Triangle." Mathematica J. 7, 189-198, 1998. http://library.wolfram.com/infocenter/Articles/3413/.

Trott, M. "Area of a Random Triangle in a Square." §1.10.1 in The Mathematica GuideBook for Symbolics. New York: Springer-Verlag, pp. 298-311, 2006. http://www.mathematicaguidebooks.org/.

Woolhouse, W. S. B. "Question 2471." Mathematical Questions, with Their Solutions, from the Educational Times, Vol. 8. London: F. Hodgson and Son, pp. 100-105, 1867.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد