В квадратном листе бумаги выбирается случайная точка О. Затем лист сгибают так, чтобы каждая вершина квадрата наложилась на точку О. На рисунке показан один из возможных вариантов. Найдите математическое ожидание числа сторон получившегося многоугольника. Результат округлите до тысячных.
от

1 Ответ

Дано:
- квадратный лист бумаги со стороной 1 (единица длины).
- случайно выбранная точка O внутри квадрата.

Найти:
- математическое ожидание числа сторон получившегося многоугольника после сгиба листа так, чтобы каждая вершина наложилась на точку O.

Решение:

1. Вершины квадрата A(0, 0), B(1, 0), C(1, 1), D(0, 1) при сгибе будут двигаться к точке O(x, y).

2. После сгиба стороны квадрата будут образовывать многоугольник, и количество сторон этого многоугольника зависит от положения точки O. Если O находится ближе к одной из сторон квадрата, то соответствующая сторона "закроется", и количество сторон многоугольника уменьшится.

3. Мы можем использовать метод, основанный на делении квадрата на 4 треугольника, образованных через точки O и каждую из сторон.

4. Рассмотрим вероятности получения определенного количества сторон:

- Если O находится в центре квадрата (x = 0.5, y = 0.5), многоугольник будет иметь 4 стороны.
- Если O находится близко к одной из сторон, возможно, многоугольник будет иметь 3 стороны.
- Если O близко к углам, многоугольник может иметь 2 стороны.

5. Найдем математическое ожидание:

- Вероятность того, что O находится в области, где многоугольник имеет 4 стороны, равна вероятности, что O находится далеко от всех сторон. Это область, не касающаяся 1/3 стороны квадрата. Площадь такой области равна (1/3) * (1/3) = 1/9.

- Вероятность получения 3 сторон, когда O близко к одной стороне, равна 4 * (площадь, соответствующая одной стороне) = 4 * (1/3) * (1/3) = 4/9.

- Вероятность получения 2 сторон, когда O близко к углам, равна 4 * (площадь, соответствующая одному углу) = 4 * (1/3) * (1/3) * (1/3) = 4/27.

Теперь подведем итог:

E(S) = P(4) * 4 + P(3) * 3 + P(2) * 2.

Заменяем вероятности:

E(S) = (1/9) * 4 + (4/9) * 3 + (4/27) * 2.

Переведем все вероятности к общему знаменателю (27):

E(S) = (3/27) * 4 + (12/27) * 3 + (8/27) * 2,
E(S) = (12 + 36 + 16) / 27,
E(S) = 64 / 27.

Теперь округлим до тысячных:

E(S) ≈ 2.370.

Ответ:
Математическое ожидание числа сторон получившегося многоугольника равно 2.370.
от