Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » Buffon’s Needle Problem

Buffon’s Needle Problem

1777
  • Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon
Geometric probability experiment with needle and parallel lines on a wooden floor.

(صورة توضيحية فقط)

تُعتبر هذه المسألة من أوائل المسائل في الاحتمالات الهندسية، وهي بمثابة مقدمة لـ Monte Carlo method. It involves dropping a needle of length [latex]l[/latex] onto a floor with parallel lines a distance [latex]t[/latex] apart. The probability that the needle will cross a line is [latex]P = \frac{2l}{\pi t}[/latex] (for [latex]l \le t[/latex]). This provides a physical experiment to estimate [latex]\pi[/latex].

في عام ١٧٣٣، طرح جورج لويس لوكلير، كونت دي بوفون، السؤال التالي: ما احتمال أن تتقاطع إبرة، عند إسقاطها عشوائيًا على سطح مُسطّر، مع أحد الخطوط؟ يُعدّ الحلّ، الذي نُشر عام ١٧٧٧، نتيجةً كلاسيكيةً في الاحتمالات الهندسية. لحلّ هذه المسألة، لنفترض أن طول الإبرة هو l، وأن المسافة بين الخطوط المتوازية هي t ≥ l. يمكن وصف موضع الإبرة بمتغيرين: المسافة x من مركز الإبرة إلى أقرب خط، والزاوية θ التي تصنعها الإبرة مع الخطوط. يتوزع المتغير x توزيعًا منتظمًا في الفترة [0, t/2]، وتتوزع الزاوية θ توزيعًا منتظمًا في الفترة [0, π/2].

The needle crosses a line if [latex]x \le \frac{l}{2}\sin\theta[/latex]. The problem is to find the area of this region in the [latex](x, \theta)[/latex] parameter space and divide it by the total area of the parameter space, which is [latex]\frac{t}{2} \times \frac{\pi}{2} = \frac{\pi t}{4}[/latex]. The area of the “favorable” region (where a crossing occurs) is given by the integral [latex]\int_0^{\pi/2} \frac{l}{2}\sin\theta \,d\theta = \frac{l}{2}[-\cos\theta]_0^{\pi/2} = \frac{l}{2}[/latex]. The probability is the ratio of these areas: [latex]P = \frac{l/2}{\pi t/4} = \frac{2l}{\pi t}[/latex]. By performing the experiment many times and observing the frequency of crossings, one can rearrange the formula to estimate [latex]\pi[/latex]: [latex]\pi \approx \frac{2l}{tP}[/latex]. This physical simulation to solve a mathematical problem is a direct intellectual ancestor of modern مونت كارلو methods.

UNESCO Nomenclature: 1209
– Statistics

يكتب

نظام مجرد

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • development of probability theory (Bernoulli, De Moivre)
  • invention of integral calculus (Newton, Leibniz)
  • الأعمال المبكرة حول الأشكال الهندسية وخصائصها (إقليدس)

التطبيقات

  • مثال مبكر على الاحتمالية الهندسية
  • أداة تربوية لحساب التكامل والاحتمالات
  • الأساس التاريخي لطرق المحاكاة العشوائية

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • تطوير علم الاستيريو لتقدير الخصائص ثلاثية الأبعاد من المقاطع العرضية ثنائية الأبعاد
  • طرق مونت كارلو لحل المعادلات التكاملية
  • الهندسة العشوائية لنمذجة الأنماط المكانية في علم الأحياء وعلوم المواد
  • تصميم مولدات الأرقام العشوائية الفيزيائية
  • برنامج تعليمي لعرض مفاهيم الاحتمالات بصريًا
  • تحليل شبكات الألياف العشوائية في علم المواد
  • تقدير عتبات التسرب في الأنظمة الفيزيائية
  • نمذجة شبكات الاتصالات اللاسلكية
  • خوارزميات لاكتشاف السمات الخطية في الصور المشوشة
  • المفهوم الأساسي للإحصاءات الحسابية الحديثة
Related to: Buffon’s needle, geometric probability, Pi, Monte Carlo, stochastic geometry, integral calculus, simulation, probability theory, needle problem, estimation.

السياق التاريخي

Buffon’s Needle Problem

1650
1747
1758
1777
1799
1812
1822
1650
1736
1750
1763-12-23
1780
1805
1822
1822

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.