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硬币厚到有 1/3 概率立起来:厚度与直径关系

The Thick Coin

专题
Probability / 概率
难度
L4

题目详情

How thick should a coin be to have a 13\frac{1}{3} chance of landing on edge? The next few problems depend on the Principle of Symmetry. See pages 59- 60.

解析

在常见的简化模型里,把硬币视为半径为 aa、厚度为 tt 的圆柱,并把它内接到半径

R=a2+(t/2)2R=\sqrt{a^2+(t/2)^2}

的球面上。随机方向等价于在球面上均匀取点:

  • 落在“侧面对应的球带(zone)”则立边;该球带面积占比为 t2R\frac{t}{2R}

要求立边概率为 1/31/3

t2R=13t=2R3.\frac{t}{2R}=\frac{1}{3}\Rightarrow t=\frac{2R}{3}.

代入 R2=a2+(t/2)2R^2=a^2+(t/2)^2

R2=a2+R29R2=98a2,R^2=a^2+\frac{R^2}{9}\Rightarrow R^2=\frac{9}{8}a^2,

因此

t=a2.\boxed{t=\frac{a}{\sqrt2}}.

用直径 D=2aD=2a 表示,

t=D220.3536D.\boxed{t=\frac{D}{2\sqrt2}\approx 0.3536D}.

现实抛掷是否立边还受弹性、落地角度等影响,上述是理想化几何模型答案。