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第一个问题:
浦丰投针方法计算圆周率平面上画有间隔为d(d0)的等距平行线,向平面任意投掷一枚长为lld的针,求针与任一平行线相交的概率。解:以x表示针的中点与最近一条平行线的距离,又以φ表示针与此直线间的交角,见图1。易知样本空间Ω满足0≤x≤d2,0≤φ≤∏由这两式可以确定xφ平面上的一个矩形Ω,这就是样本空间,其面积为SΩd∏2。这时为了针与平行线相交记为事件A,其充要条件是x≤
lsi
2
由这个不等式表示的区域是图2中的体阴影区域
图1蒲丰投针问题图2浦丰投针问题中的Ω和A由于针是向这个平面任意投掷的,所以由等可能性知这是一个几何概率问题。由此得
pA
SS
A



0
lsi
d2l2dd∏∏2
如果l,d为已知,则以∏的值代入上式即可计算得pA之值。反之,如果已知pA的值,则也可以利用上式去求∏,而关于pA的值,可以从试验中获得的频率去近似它:即投针N次,其中针与平行线相交
次,则频率

可作为pA的估计值,于是由N
2l≈pANdπ2lNd

可得
π≈
这是一个颇为奇妙的方法:只要设计一个随机试验,使用过事件的概率与某个未知数有关,然后通过重复试验,以频率估计概率,即可求得未知数的近似解。一般来说,试验次数越多,则求得的近似解就越精确。随着电子计算机的出现,我们便可以利用计算机来大量地模拟所设计的随机试验。
f以下我们利用sas处理这一问题:下表是从网上搜集的一组数据:Mld080610075083054投针次数N50003204600103034082520相交次数K253212193834891801859
设针长为l,则求∏的近似式可化为:
π≈
在SAS程序编辑窗口输入如下程序:
datapufe
g
2MNK
i
putMNKM为ld的值,N为投针次数,K为相交次数pi2MNK求圆周率piwcabs314159pi计算所求结果与标准圆周率的误差cards08500025320632041219106003830751030489083340818010542520859ru
procpri
tru

运行之后得到如下结果:
我们还可以利用sas的i
teractivedataa
alysis画出以误差为纵坐标,以投针次数为横坐标的分析图如下:
f由此可见,概率论的方法有一定的随机性,在一定的范围之内,误差并非随着试验次数的增加而减小。但是,理论上,我们知道:随着试验次数的增加,误差可以达到任意小。
第二个问题:
用蒙特卡洛方法计算定积分:设0≤fx≤1,求fx在区间01上的积分值:
Jfxdx
0
1
设XY服从正方形0≤x≤10≤y≤1上的均匀分布,则可知X服从01上的均匀分布,Y也服从01上r
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