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.

Buffon-Laplace Needle Problem

المؤلف:  Laplace, P. S.

المصدر:  Théorie analytique des probabilités. Paris: Veuve Courcier, 1812.

الجزء والصفحة:  ...

7-3-2021

3007

+

-

20

Buffon-Laplace Needle Problem

BuffonLaplaceNeedle

The Buffon-Laplace needle problem asks to find the probability P(l,a,b) that a needle of length l will land on at least one line, given a floor with a grid of equally spaced parallel lines distances a and b apart, with l<a,b. The position of the needle can be specified with points (x,y) and its orientation with coordinate phi. By symmetry, we can consider a single rectangle of the grid, so 0<x<a and 0<y<b. In addition, since opposite orientations are equivalent, we can take -pi/2<phi<pi/2.

The probability is given by

 P(l;a,b)=1-(int_(-pi/2)^(pi/2)F(phi)dphi)/(piab),

(1)

where

 F(phi)=ab-blcosphi-la|sinphi|+1/2l^2|sin(2phi)|

(2)

(Uspensky 1937, p. 256; Solomon 1978, p. 4), giving

 P(l;a,b)=(2l(a+b)-l^2)/(piab).

(3)

This problem was first solved by Buffon (1777, pp. 100-104), but his derivation contained an error. A correct solution was given by Laplace (1812, pp. 359-362; Laplace 1820, pp. 365-369).

BuffonLaplaceNeedleProbability

If a=b so that x=l/a=l/b and 0<x<1, then the probabilities of a needle crossing 0, 1, and 2 lines are

P_0 = 1-(x(4-x))/pi

(4)

P_1 = (2x(2-x))/pi

(5)

P_2 = (x^2)/pi.

(6)

Defining N_i as the number of times in n tosses that a short needle crosses exactly n lines, the variable N_1+N_2 has a binomial distribution with parameters n and m/pi, where m=x(4-x) (Perlman and Wichura 1975). A point estimator for theta=1/pi is given by

 theta^^=(N_1+N_2)/(mn),

(7)

which is a uniformly minimum variance unbiased estimator with variance

 var(theta^^)=theta/n(1/m-theta)

(8)

(Perlman and Wishura 1975). An estimator pi^^=1/theta^^ for pi is then given by

 pi^^=(x(4x-x^2))/(1-(N_0)/n).

(9)

This has asymptotic variance

 avar(pi^^)=(pi^2(4x-x^2-pi))/(nx(x-4)),

(10)

which, for x=1, becomes

avar(pi^^) = (pi^2(pi-3))/(3n)

(11)

 approx (0.465821)/n

(12)

(OEIS A114602).

BuffonLaplaceNeedleProblem

A set of sample trials is illustrated above for needles of length a/l=b/l=0.3, where needles intersecting 0 lines are shown in green, those intersecting a single line are shown in yellow, and those intersecting two lines are shown in red.

If the plane is instead tiled with congruent triangles with sides abc, and a needle with length l less than the shortest altitude is thrown, the probability that the needle is contained entirely within one of the triangles is given by

 P=1+((Aa^2+Bb^2+Cc^2)l^2)/(8piK^2)-((4a+4b+4c-3l)l)/(4piK),

(13)

where AB, and C are the angles opposite ab, and c, respectively, and K is the area of the triangle. For a triangular grid consisting of equilateral triangles, this simplifies to

 P=1+2/3(l/a)^2-(lsqrt(3))/(pia)(4-l/a)

(14)

(Markoff 1912, pp. 169-173; Uspensky 1937, p. 258).


REFERENCES:

Buffon, G. "Essai d'arithmétique morale." Histoire naturelle, générale er particulière, Supplément 4, 46-123, 1777.

Laplace, P. S. Théorie analytique des probabilités. Paris: Veuve Courcier, 1812.

Laplace, P. S. Théorie analytique des probabilités, 3rd rev. ed. Paris: Veuve Courcier, 1820.

Markoff, A. A. Wahrscheinlichkeitsrechnung. Leipzig, Germany: Teubner, 1912.

Perlman, M. and Wichura, M. "Sharpening Buffon's Needle." Amer. Stat. 20, 157-163, 1975.

Schuster, E. F. "Buffon's Needle Experiment." Amer. Math. Monthly 81, 26-29, 1974.

Sloane, N. J. A. Sequence A114602 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

Solomon, H. Geometric Probability. Philadelphia, PA: SIAM, pp. 3-6, 1978.

Uspensky, J. V. "Laplace's Problem." §12.17 in Introduction to Mathematical Probability. New York: McGraw-Hill, pp. 255-257, 1937.

اخر الاخبار

اشترك بقناتنا على التلجرام ليصلك كل ما هو جديد