几何概型与贝特朗问题
南京市金陵中学 张松年
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号金陵中学
几何概型是学生在高中阶段学习概率时感到比较吃力的内容之一,下面就苏教版普通高中课程标准数学
验教材中的有关问题,谈谈几何概型中的“贝特朗问题”.
1
1
ABC
AB
M
AM
AC
的概率.
(
苏教数学
3
102
页例
3)
M
M
AB
AB
AC'
AC
AM
小于
AC
的概率
P(AM
AC)
P(AM
AC')
====.
说明 一般地,在几何区
D
中随机地取一点,记事该点落在其内部一个区
d
A
A
P(A)
M
线段
AB
上任取的一点,所以
M
的等可能性应理解为
M
在线段
AB
上匀速运动.
2
1
2
ABC
C
ACB
线
CM
线
AB
M
AM
AC
(
3
104
页习题
6)
M
线
CM
线
AB
线
CM
CM
C
AB
AC'
AC
ABC
ACB
90
o
CAB
45
o
AC'C
ACC'
67.5
o
AM
AC
P(AM
AC)
=.
M
线
CM
线
AB
线
CM
AM
AC
的概率应理解为“射线
CM
落在
ACC'
内部”的概率.射线
CM
是过直角顶点
C
在∠
ACB
内部任作一条
线,故射线
CM
的等可能性应理解为
CM
C
作匀速旋转运动.
由问
1
2
可见,背景相似的几何概型问题,对生成事件的“等可能”的理解角度不同,概率往往也不
同.
问题
3
如图
3
半径
1
的半圆上
M
N
为弦则弦
MN
的长超过半圆的半径的概率是多少?
M
N
OM
ON
M
N
线
OM
ON
O
AB
AOM
α
AON
β
0≤α≤π
0≤β≤π
β|
(
π]
3
1
MN
超过由于
S
正方
π
2
S
阴影
2××(π
)
2
,所
MN
超过
径”的概率
P(MN
1)
==.
问题
4
在半
1
圆内一条过圆三角概率
多少?
(
贝特朗
(bertrand)
问题
)
不难知道,圆的内接正三角形边长为.
1
4
1
1
角形此弦
l(
或圆
)
满足
l
<.求的
P(MN
)
=.
观点
2
如图
4
2
所示在半
1
的圆随机取一弦,长超圆的接正
心距
d
以圆
O
因此,所求的概率
P(MN
)
==.
1
A
C
B
M
C'
1
A
C
B
M
C'
2
A
O
B
M
3
N
x
y
O
π
3 1
π
E
O
F
4 3
A
O
B
M
C'
4 2
A
O
B
M
C'
4 1
观点
3
如图
4
3
所示,在半径为
1
的圆内随机地取一条弦,其长超过圆的内接正三角形边长,即此弦的弦心距
d
满足
0≤d
,弦的中点在与弦垂直的直径上以圆心为中点的长为
1
的线段上.因此,所求的概率
P(MN
)
=.
观点
4
如图
4
4
所示,在半径
1
的圆内随机地取一条弦,可先在圆周上任取一
M
,在
M
为端点任作一
线
N
MN
线
MN
与过
M
的直径的夹角小于.因此,所求的概率
P(MN
)
==.
观点
5
如图
4
5
所示,在半径
1
的圆内随机地取一条弦,可先在圆周上任取一点
M
MP
MP
MC
线
CP
N'
M
MN'
N
MN
N'P
2
P(MN
)
=.
观点
6
如图
4
6
所示,在圆周上任取一点
M
,作直径
MP
,然后在
MP
上取
MC
=,
C
作与
MP
垂直直线
EF
,交于两
E
F
,在线
EF
上任一点
D
,若
D
在在
EF
上,
MN
>,否则
MN
.由
EF
=,而直线
EF
的长是无限的,因此,
所求的概率
P(MN
)
0
其实贝特问题可以多种同的点,至可说有穷多不同
点.由上面的几种不同的观点可见,背景相同的几何概型问题,当理解等可能的角度不同时,其概率也是不同
的,这在数学界引起了很大的震动,促使数学家理性反思概率论,尤其是几何概型的理论基础.直到
1933
年,
这个问题才由苏联数学家柯尔莫戈洛夫解决,他建立了在测度理论的基础上的概率论公理系统,从而把概率论
建立在完全严格的数学基础之上.
参考书籍
1
.普通高中课程标准实验教科书《数学
3
单墫,南京,苏教育出
2006
2
P
O
M
N
C'
4 4
P
O
M
N
E
4 6
D
F
C
P
O
M
N
E
4 5
D
F
C