贝特朗悖论:在一给定圆内所有的弦中任选一条弦,求该弦的长度长于圆的内接正三角形边长的概率。
至少有三种方法可以在一个圆上随机选择一条弦,如下:
解法一:如左图,由于对称性,可预先固定弦的一端。仅当弦与过此端点的切线的交角在60°~120°之间,其长才合乎要求。所有方向是等可能的,则所求概率为1/3。此时假定端点在圆周上均匀分布。
解法二:如中图,由于对称性,可预先指定弦的方向。作垂直于此方向的直径,只有交直径于1/4点与3/4点间的弦,其长才大于内接正三角形边长。所有交点是等可能的,则所求概率为1/2。此时假定弦的中心在直径上均匀分布。
解法三:如右图,弦被其中点位置唯一确定。只有当弦的中点落在半径缩小了一半的同心圆内,其长才合乎要求。中点位置都是等可能的,则所求概率为1/4。此时假定弦长被其中心唯一确定。
这导致同一事件有不同概率,因此为悖论。
同一问题有三种不同答案,究其原因在于圆内“取弦”时规定尚不够具体,不同的“等可能性假定”导致了不同的样本空间,具体如下,其中“均匀分布”应理解为“等可能取点”:
解法一中假定弦的另一端在圆周上均匀分布,圆周上的点组成样本空间Ω1;
解法二中假定弦的中点在直径上均匀分布,直径上的点组成样本空间Ω2;
解法三中假定弦的中点在大圆内均匀分布,大圆内的点组成样本空间Ω3。
可见,上述三个答案是针对三个不同样本空间引起的,它们都是正确的,贝特朗悖论引起人们注意,在定义概率时要事先明确指出样本空间是什么。
参考:
[1] http://baike.baidu.com/view/1258843.htm
[1] http://baike.baidu.com/view/1258843.htm
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