提要:本文針對越位妹妹提出的(不知從哪裡找來的)“火柴棍砍三節成三角形之概率”這個問題,在兩種情況下給出解答。
定理一:如果是隨機地對火柴棍砍兩刀,得到的三節能構成三角形的概率為1/4.
定理二:如果先隨機砍一刀,然後選取長的一根再砍一刀,得到的三節能構成三角形的概率為2ln2-1.
在我們開始證明我們的定理前,請嚴肅注意,定理一和定理二是不一樣的!可以如下理解:第一種情況是什麼呢?就是說先砍一刀,然後“隨機”地抓起一根再砍一刀。而第二種情況是什麼呢?就是砍了第一刀以後,比較一下,選擇長的一根再砍,這顯然是一個條件概率的問題。和第一種情況是不一樣滴!
定理一證明:由於不能畫圖,請讀者拿一張紙和一支筆,跟着本崽兒畫圖啦!
在紙上畫一個等邊三角形(注意!等邊),使得等邊三角形的高等於等於火柴棍的長度=1。在三角形內部選取一點,我們叫這點為P,從P往等邊三角形的三條邊分別做垂直線,得到三個交點P1,P2,P3。我們可以知道如下結論:
PP1+PP2+PP3=等邊三角形的高,也就是火柴棍的長度。 (對於這個結論大家不要懷疑啦!在此就不給出證明了。)
所以說,我們砍下來的三節火柴棍,就可以看成PP1,PP2,PP3。
好了,現在回到原來的等邊三角形,在每條邊取中點,然後把三個中點連接起來,我們現在得到什麼了呢?
我們得到了四個完全一樣的小等邊三角形----上邊一個,下邊三個,每個等邊三角形的高是多少呢?當然是1/2啦!
好,我們現在宣布一個關鍵的結論:
只有當P點落到最中心的小等邊三角形的時候,PP1,PP2,PP3才可能構成一個三角形。
為什麼呢? 很顯然啦,只要P點落到其他三個小等邊三角形的時候,必然會造成PP1,PP2,PP3中的一條長度大於小等邊三角形的高=1/2,從而不能構成三角形。
好了,現在結論就顯然了,P點落到中間那個小等邊三角形的概率是多少呢?當然是1/4。
打完收工。定理一證畢。
定理二的證明要複雜一些,大家先理解定理一的證明,待會兒大家再跟着崽兒畫圖證明定理。
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