Комбинаторика с фломастерами

Тема в разделе "WASM.A&O", создана пользователем Stiver, 24 окт 2006.

  1. Stiver

    Stiver Партизан дзена

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    18 дек 2004
    Сообщения:
    812
    Адрес:
    Germany
    Пару дней назад у The_Svina'a в ЖЖ всплыла задача, в математическом плане ничего выдающегося собой не представляющая, но относящаяся к так называемым "контраинтуитивным" проблемам, то есть противоречащим усредненной здравой интуиции (что и видно по полученным ответам - 67, 100..) Для меня это послужило поводом лишний раз вспомнить небольшую задачку, сформулированную в свое время вместе с одним товарищем еще в школе. Не уверен почему, но она служит мне до сих пор своеобразныи эталоном контраинтуитивности.

    Берем некоторое количество цветных фломастеров(цвета не повторяются) и снимаем с них колпачки. Колпачки, которые тоже цветные, выкладываем в линию в произвольном порядке. Сами фломастеры перемешиваем под партой, тянем вслепую и выкладываем по очереди напротив колпачков. В конце подсчитываем, сколько раз цвет колпачка совпал с цветом фломастера.

    Понятно, что количество совпадений будет случайной величиной в пределах от 0 до количества фломастеров. Задание: найти математическое ожидание этой величины в зависимости от количества фломастеров.
     
  2. Black_mirror

    Black_mirror Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    14 окт 2002
    Сообщения:
    1.035
    По моему в среднем будет 1 совпадение.
     
  3. Pavia

    Pavia Well-Known Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    17 июн 2003
    Сообщения:
    2.409
    Адрес:
    Fryazino
    Black_mirror
    Не тут задачка сложнее.((2^N)*N/2-(N-1)*N)/(2^N-N)=N*(2^(N-1)-(N-1))/(2^N-N)=>
    n*((1 shl (n-1))-(n-1))/((1 shl n)-n)
     
  4. crypto

    crypto Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    13 дек 2005
    Сообщения:
    2.533
  5. Stiver

    Stiver Партизан дзена

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    18 дек 2004
    Сообщения:
    812
    Адрес:
    Germany
    Black_mirror

    Совершенно верно, ожидание будет равно 1, независимо от количества фломастеров. Для n = 1,2,3 считается в уме, потом предполагается по аналогии и доказывается например с помощью полной индукции. Выходит можно взять один фломастер, а можно 10000, и все равно в итоге получим одно совпадение - лично у меня этот факт в голове не укладывается и вряд ли когда-нибудь уложится :)

    Интересно, существует ли где-нибудь сборник или список "контраинтуитивных" задач? Известная задача о трех дверях тоже бы туда например попала. Если нету, можно попробовать составить..
     
  6. Black_mirror

    Black_mirror Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    14 окт 2002
    Сообщения:
    1.035
    Stiver
    Можно обойтись без индукции, если взять все N! расстановок, то цвет некоторого фломастера совпадёт с цветом колпачка в (N-1)! из них. Так как всего фломастеров N, то общее число совпадений будет N*(N-1)!=N!. N!/N!=1.
     
  7. crypto

    crypto Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    13 дек 2005
    Сообщения:
    2.533
    Stiver
    Вероятность m совпадений приблизительно равна e^(-1)/m!, гду e - основание натуральных логарифмов. Отсюда мат.ожидание = 1.
     
  8. crypto

    crypto Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    13 дек 2005
    Сообщения:
    2.533
    Stiver
    Вот тебе еще одна такая задачка (из школьной математики): земной шар по экватору плотно обвязывается веревкой, потом в нее вставляется кусок длиной 1 метр. Спрашивается, проскочит ли в образовавшуюся щель мышь? То же самое потом проделай с футбольным мячом.
     
  9. Sergey_R

    Sergey_R Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    9 янв 2005
    Сообщения:
    138
    crypto
    Как правило, дается несколько вариантов на выбор, что-то вроде "муха, мышь, курица, человек"... :о)
     
  10. Atlantic

    Atlantic Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    22 июн 2005
    Сообщения:
    322
    Адрес:
    Швеция
    crypto
    Радиус веревки увеличится на 1/(2*pi) метров. То есть появится щель примерно в 16 сантиметров. Мышь проскочит, футбольный мяч - нет.
     
  11. Sergey_R

    Sergey_R Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    9 янв 2005
    Сообщения:
    138
    Atlantic
    Обычно имеется в виду, что манипуляцию с веревкой нужно проделать и на футбольном мяче тоже, а не пропускать его в образовавшуюся щель.
     
  12. crypto

    crypto Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    13 дек 2005
    Сообщения:
    2.533
    Sergey_R
    Именно это я имел в виду - независимость от диаметра шара.
     
  13. Sergey_R

    Sergey_R Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    9 янв 2005
    Сообщения:
    138
    crypto
    ...что, как и в "истории с фломастерами", полностью противоречит всем интуитивным представлениям... :о)
     
  14. Atlantic

    Atlantic Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    22 июн 2005
    Сообщения:
    322
    Адрес:
    Швеция
    crypto
    Математически это можно выразить так: есть окружность радиуса R, ее длина L=2*pi*R. Если добавить к ее длине величину L1, то формула примет вид L+L1=2*pi*(R+R1), то есть увеличение радиуса R1=(L+L1-2*pi*R)/(2*pi)=L1/(2*pi) не зависит от начального радиуса.

    Sergey_R
    А про футбольный мяч я сразу и не понял - просто впервые встречаю такую задачу.
     
  15. crypto

    crypto Active Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    13 дек 2005
    Сообщения:
    2.533
    Atlantic
    "Контраинтуитивность" этой задачи в том, что интуитивно (без вычислений) человек полагает, что для Земли щель должна получиться ничтожной, а вот для мяча - очень большой.
     
  16. Atlantic

    Atlantic Member

    Публикаций:
    0
    Регистрация:
    22 июн 2005
    Сообщения:
    322
    Адрес:
    Швеция
    crypto
    Признаюсь, в первый момент я тоже так подумал, но через 311 миллисекунд нашел верное решение ;). И в чем-то интуитивное решение верно - если рассматривать относительное увеличение радиуса, а не абсолютное.