Геометрические вероятности.

Еще в самом начале развития теории вероятностей была замечена недостаточность «классического» определения вероятности, основан­ного на рассмотрении конечной группы равновероятных событий. Уже тогда частные примеры привели к некоторому видоизменению этого определения и построению понятия вероятности также для случаев, когда мыслимо бесконечное множество исходов. При этом по-прежнему основную роль играло понятие «равновероятности» не­которых событий.

Общая задача, которая ставилась и привела к расширению поня­тия вероятности, может быть сформулирована следующим способом.

Пусть, например, на плоскости имеется некоторая область G и в ней содержится другая область g с квадрируемой границей. В область G наудачу бросается точка и спрашивается, чему равна вероятность того, что точка попадет в область g. При этом выра­жению «точка бросается наудачу в область G» придается следующий смысл: брошенная точка может попасть в любую точку области G, вероятность попасть в какую-либо часть области G пропорциональна мере этой части (длине, площади и т. д.) и не зависит от ее рас­положения и формы.

Таким образом, по определению, вероятность попадания в область g при бросании наудачу точки в область G равна

(1.4.1)

Рассмотрим несколько примеров.

Пример 1. Задача о встрече. Два лица А и В условились Встретиться в определенном месте между 12 часами и часом. При­шедший первым ждет другого в течение 20 минут, после чего уходит. Чему равна вероятность встречи лиц А и В, если приход каждого из них в течение указанного часа может произойти наудачу и мо­менты прихода независимы.

Решение. Обозначим моменты прихода лица А через х и лица В через у. Для того чтобы встреча произошла, необходимо и достаточно, чтобы .

Будем изображать хOу как декартовы координаты на плоскости; в качестве единицы масштаба выберем минуту. Всевозможные исходы изобразятся точками квадрата со сторонами 60; благоприятствующие

встрече — расположатся в заштрихован­ной области (рис. 1.4.1).

Искомая вероятность равна отно­шению площади заштрихованной фигуры к площади всего квадрата: .

Пример 3. Задача Бюффона. Плоскость разграфлена парал­лельными прямыми, отстоящими друг от друга на расстоянии 2а. На плоскость наудачу бросается игла длины 2l(l≤a). Найти вероят­ность того, что игла пересечет какую-нибудь прямую.

Решение. Обозначим через х расстояние от центра до ближай­шей параллели и через —угол, составленный иглой с этой парал­лелью. Величины х и полностью определяют положение иглы. Всевозможные положения иглы определяются точками прямоугольника со сторонами a и . Из рис. 1.4.2. видно, что для пересечения иглы с параллелью необходимо и достаточно, чтобы .

Искомая вероятность в силу сделанных предположений равна отноше­нию площади заштрихованной на рис. 1.4.3. области к площади прямо­угольника

Заметим, что задача Бюффона являлась исходным пунктом для решения некоторых проблем теории стрельбы, учитывающих размеры снаряда.

Полученная формула была использована для опытного определе­ния приближенного значения числа . Таких опытов с бросанием иглы было проведено довольно много. Мы приведем результаты лишь некоторых из них(см. Табл. 1.4.1).

Табл. 1.4.1

Так как из полученной нами формулы следует равенство , то при большом числе бросаний п приближенно , где т — число происшедших при этом пересечений.