布豐投針

布豐(Comte de Buffon)設計出他的著名的投針問題(needle problem)。依靠它,可以用機率方法得到π的近似值。

假定在水平面上畫上許多距離為a的平行線,並且,假定把一根長為l<a的同質均勻的針隨意地擲在此平面上。布豐證明:該針與此平面上的平行線之一相交的機率為:p=2l/(api) 把這一試驗重複進行多次,並記下成功的次數,從而得到P的一個經驗值,然後用上述公式計算出π的近似值,用這種方法得到的最好結果是義大利人拉澤里尼(Lazzerini)於1901年給出的。他只擲了3408次針,就得到了準確到6位小數的π的值。他的試驗結果比其他試驗者得到的結果準確多了,甚至準確到使人們對它有點懷疑。還有別的計算π的機率方法。例如,1904年,查爾特勒斯(R·Chartres)就寫出了套用下列實例的報告:如果寫下任意兩個整數測它們互素的機率為6/π2。
下面就是一個簡單而巧妙的證明。找一根鐵絲彎成一個圓圈,使其直徑恰恰等於平行線間的距離d。可以想像得到,對於這樣的圓圈來說,不管怎么扔下,都將和平行線有兩個交點。因此,如果圓圈扔下的次數為n次,那么相交的交點總數必為2n。 現在構想把圓圈拉直,變成一條長為πd的鐵絲。顯然,這樣的鐵絲扔下時與平行線相交的情形要比圓圈複雜些,可能有4個交點,3個交點,2個交點,1個交點,甚至於都不相交。 由於圓圈和直線的長度同為πd,根據機會均等的原理,當它們投擲次數較多,且相等時,兩者與平行線組交點的總數可望也是一樣的。這就是說,當長為πd的鐵絲扔下n次時,與平行線相交的交點總數應大致為2n。現在轉而討論鐵絲長為l的情形。當投擲次數n增大的時候,這種鐵絲跟平行線相交的交點總數m應當與長度l成正比,因而有:m=kl,式中k是比例係數。為了求出k來,只需注意到,對於l=πd的特殊情形,有m=2n。於是求得k=(2n)/(πd)。代入前式就有:m≈(2ln)/(πd)從而π≈(2ln)/(dm)

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