المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
{افان مات او قتل انقلبتم على اعقابكم}
2024-11-24
العبرة من السابقين
2024-11-24
تدارك الذنوب
2024-11-24
الإصرار على الذنب
2024-11-24
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24


Buffon-Laplace Needle Problem  
  
2179   03:48 مساءً   date: 7-3-2021
Author : Laplace, P. S.
Book or Source : Théorie analytique des probabilités. Paris: Veuve Courcier, 1812.
Page and Part : ...


Read More
Date: 7-4-2021 1237
Date: 15-2-2021 1283
Date: 25-4-2021 1615

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.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.