两个数学题
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-24 23:09:46  楼主  关注此帖评分:
两个数学题
第一题:过河
见下图。这条河里有12个小岛,有25座桥连接小岛与小岛,小岛与河岸。每座桥都有0.5的概率是断开的。(比如那种可以拉起来以便过船的桥。)每座桥断开与否是独立的事件。问:在任意一个时间点,可以过桥的概率是多少?
注意这里问的是时间点,或者说以很快的速度过桥。所以“走到一个小岛上,等一会儿,再到另一个小岛上“是不允许的。

第二题:自由落体
在赤道上,从高楼上扔下一个球,不计空气影响。问这个球是不是落到正下方?偏东还是偏西?如果你要我定义什么叫正下方,有很多方法定义,比如拉根线掉个重锤,比如与地心的连线,这都是等效的。


两道题都摘自《The Unofficial IEEE Brainbuster Gamebook: Mental Workouts for the Technically Inclined》,第一题稍有修改,以防个别同志写程序brute force。自己画的图,有点丑。
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 00:50:01  2楼 评分:
第一题比书上的原题难得多,因为有些通路会在某一段掉头往回走。好难啊。。。 记起一个类似的问题: 在W*L的纸上(W>>L)随机地撒火柴棍。单位面积里火柴棍数量是均匀而已知的,但是方向是随机的。当然,我们排除火柴棍树立起来的情况。求火柴棍构成一条能跨过纸面(L方向)的通路的概率。 前一两年还有人发表论文讨论这个来着,只是把火柴棍换成碳纳米管。
我只是多画了几个桥,但解法和原题一样。你想复杂了
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 12:29:38  3楼 评分:
第二题还是不清楚啊,是扔球时候的正下方,还是球落地时候的正下方?
扔球时候的正下方
那我再定义严密一点吧。

在赤道离地100米高处,释放一个小球。问小球是不是落到释放小球那一点的正下方的地上。

"A的正下方的地上"的意思是"过A和地心,作一条直线,这条直线和地面的交点"。当然A点不能在地面以下。交点有两个,肯定是近的那个咯。
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 12:50:04  4楼 评分:
第一题比书上的原题难得多,因为有些通路会在某一段掉头往回走。好难啊。。。 记起一个类似的问题: 在W*L的纸上(W>>L)随机地撒火柴棍。单位面积里火柴棍数量是均匀而已知的,但是方向是随机的。当然,我们排除火柴棍树立起来的情况。求火柴棍构成一条能跨过纸面(L方向)的通路的概率。 前一两年还有人发表论文讨论这个来着,只是把火柴棍换成碳纳米管。
你说的那个火柴棍,就连简化为一维后也很难。
假设火柴棍是随机放在一根筷子上的,问火柴棍完全覆盖筷子的概率。

与此相关的有个"random parking problem"。就是说在一条长为100的线段上随机放长为1的线段,这些长为1的线段不能有交集,一直放到不能再放为止,问期望可以放多少条。答案是70多条,没法用closed form表示,是用归纳法解的。二维的相同的问题是open problem。参见http://mathworld.wolfram.com/RenyisParkingConstants.html
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 16:31:22  5楼 评分:
书里给的答案算概率好像算错了...不过利用对称性是对的...没想到这个 一直在考虑n*m座桥的问题,动态规划是行不通的。你又不让brute force...
brute force行不通,因为2^(m*n)种情况,太多了
也就只能用对称的方法解这种特殊情况,没法推广。
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 16:34:13  6楼 评分:
书里给的答案算概率好像算错了...不过利用对称性是对的...没想到这个 一直在考虑n*m座桥的问题,动态规划是行不通的。你又不让brute force...
书上没错,注意P(A+B)可不是P(A)+P(B)
P(A+B)=P(A)+P(B)-P(A*B)
有时也写成
P(A|B)=P(A)+P(B)-P(A&B)
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-26 21:35:35  7楼 评分:
老大题目出的太吓人,弟兄们只好猜个0.5,或是到网上搜索找答案了。。
解不出来也可以参加讨论嘛
第一题我也没想出来,我看答案才知道的。

我看到第一题后的第一反应就是,五座桥,只有32种情况。把32个情况全部画出来,一个一个数,有几个走得通的。

这就是问什么我把它改成25座桥,以免谁有类似的想法。
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-27 14:14:16  8楼
我也没有其他想法啊,只是想到利用对称性只用考虑一半的“入口”就可以了。
除了你说的对称,还有另一种对称,dual graph
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-28 01:04:07  9楼
Do you mean isotropic in 2D?
what do you mean by isotropic?
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作者:吴永铮 (等级:8 - 融会贯通,发帖:2078) 发表:2008-03-29 12:31:20  10楼 评分:
嗯 如果分成两个运动来看 应该是圆周运动的线速度大小不变 因为引力对圆周运动的物体不做功 因为圆周运动半径越来越小,所以角速度应该逐渐增加。 所以应该是比地球转得越来越快了。 把两个运动合起来看 如果把地球看成地心那一点, 自由落体的起始速度应该远小于第一宇宙速度,所以应该是绕地球做椭圆运动,起始那一点是远地点,角速度与地球角速度一样。 近地点因为受引力做功影响,线速度增加,半径变小,所以角速度应该比远地点的角速度大。 如果可以证明从近地点到远地点角速度是个渐变的过程, 就可以得出在物体落地前,角速度一直大于地球自转的角速度
哈哈,很好啊
开普勒某一个定律说"行星和恒心之间的连线单位时间扫过的面积是恒定的。"这可以推出你最后需要证明的东西。

一个题外话,开普勒是通过观察得到这个定律的,那时还没有微积分。不是一般的毅力和智力啊。
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