几何概型

例 .甲乙两人约定在下午6:00至7:00之间在公园会面,并约定先到者等候对方20分钟,过时即可离开。求两人会面的概率。
解 .(1)本题的关键是明确和“两人相遇”对应的事件。具体分析如下:
  • 代表的是“所有可能的到达时间”。设甲、乙两人到达公园的时间分别为,根据题意有:

    这对应于下图中的正方形区域

  • 事件代表的是“所有可能的相遇时间”。若甲先到,则乙必须在甲到达后的20分钟内到达,此时有;若乙先到,则甲必须在乙到达后的20分钟内到达,此时有。综合起来,有:

    这对应于下图中由两条斜线与正方形边界围成的红色多边形区域

        (2)引入新的计算方法。在中,概率是事件的样本点数与样本空间的样本点数之比。但由(1)的分析可知,这两者的样本点数是无限的。因此改用两者的面积之比来计算概率,即:

这种计算方法被称为 几何概型 (Geometric probability model)。该方法基于一个直观的假设:样本空间中的每个点被认为是等概率的,而相同面积的区域包含了“相同多”的点,因此也是等概率的。从而,区域的面积大小直接对应概率的大小,我们便可以通过面积之比来计算概率。

几何概型源于直观的推导,却是一个严格的数学概念。它完全满足,即有后续将介绍的实际上是一种特殊的几何概型,感兴趣的同学可以进行交叉参考

  • 非负性:中的任一,因,故
  • 规范性:
  • 可加性:对于两个,即,有:

这意味着几何概型是一种概率,因而也具备

        (3)计算几何概型。下面来求出的面积以及事件的面积,为了方便计算,我们将上图中的时间转为实数,如下图所示。

可以看出,是边长为的正方形区域,而事件是该正方形去掉两侧小三角形的部分,因此:

从而两人会面的概率为:

练习题 在长度为的线段内,任取两点将其分为三段,如下图所示,它们的长度分别为。求这三条线段可以构成一个三角形的概率。 本题的关键是明确和“这三条线段可以构成一个三角形”对应的事件。具体分析如下:
  • 代表的是“所有可能的线段分法”。根据题意,这三条线段的长度需要满足以及,整理之后可得:

    这对应于下图中的大三角形区域

  • 事件代表的是“所有可能构成三角形的线段分法”。因为构成三角形的条件为:三角形中任意两边之和大于第三边。所以可组成三角形时,这三条线段的长度需要满足以及,整理之后可得:

    这对应于下图中的红色三角形区域

容易求出,以及,所以这三条线段可以构成一个三角形的概率为:

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