我曾遇到过这样一题:
在半径为1的圆内任作一条弦,则弦的长度超过该圆的内接等边三角形边长的概率是多少?
这显然是一个几何概率问题,我的解法是这样的:
分析与解
然而,本题的参考答案却给出了完全不同的解法和结果:
法三 如图3,圆内弦的位置被弦的中点唯一确定.在圆内作一同心圆,其半径为大圆的一半.则当弦的中点落在小圆内时,弦长才能大于圆内接正三角形的边长,
并且参考答案中说,这是一个贝特朗问题,答案并不唯一,
这令我疑惑不解!老师告诉我们,概率是随机事件本身固有的属性,不會随着试验次数、计算方法等因素而有所改变,在这个问题中,同一事件的概率,为何会因为计算的角度不同而得到不同的答案呢?难道是概率本身出了问题?
通过认真思考和查阅资料,我终于发现不是概率出了问题,而是“人”出了问题.数学是一门严谨的学科,问题的求解方法可以有多种,但结果应该一致,贝特朗问题之所以会出现不同的答案,是因为人们观察随机试验的基本结果的角度不同,同时对结果的等可能性假设也有不同的理解,
例如我的解法1中,当弦的一端A固定后,我所认为的等可能结果是:弦的另一端点P在圆弧上是等可能出现的.问题转化为点P落在圆周的某段弧上的概率问题,结合解法3,如果也以弧的中点来考虑问题:当点P从点A出发沿圆周运动一周时,弦PA的中点M的运动轨迹是一个以OA的中点为圆心,半径为1/2的圆(如图4,此处证明略).当点P落人劣弧BC内时,对应的中点M的轨迹为DE.而DE的度数为2π/3,所以所求的事件概率为
而不等于解法3中的结果1/4.
也就是说,同样以弦的中点来考虑问题,当假定弦的一端固定时,本题中随机事件对应的几何量为一维的曲线长度;而若不固定弦的端点,在区域内随机作弦时,事件所对应的几何量则为二维的图形面积,并且所得的结果不同,看来并不是概率出了问题,而是我们思考问题的角度发生了变化,是我们的“假设”出了问题.
(赵秋雨,山东省济宁市第一中学)