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球体三角形选取


BallTrianglePickingDistribution

球体三角形选取是在一个球体内部随机放置的点(对应于一般三角形的顶点)的三元组的选择。n 个随机三角形可以在 单位球 中,使用 Wolfram 语言 中的函数来选取RandomPoint[Ball[], {n, 3}].

上面展示了在一个单位球中随机选取的顶点的三角形的面积分布。平均三角形面积

 A^_=9/(77)pi
(1)

(Buchta 和 Müller 1984, Finch 2010).

n 个随机三角形可以在 单位球 中,使用 Wolfram 语言 中的函数来选取RandomPoint[Ball[], {n, 3}].

Hall (1982) 将在单位圆盘中随机选取三个点以获得锐角三角形的概率的确定推广到 n球体。Buchta (1986) 随后给出了 Hall 积分的闭合形式评估。设 P_n 是从 n-球体 中独立且均匀选择的三个点形成锐角三角形的概率,则

P_(2m+1)=-1/2-2^(2m-1)((2m; m)(4m; 2m))/((4m; m)(6m+1; 2m))+m(2m; m)^22^(2m)sum_(k=0)^(m)((2k; k))/((2m+k; m)(4m+2k; 2m+k))(3m+k+1)/((m+k)(3m+2k+1))
(2)
P_(2m+2)=1/4-3/(2^(2m+4))((4m+4; m+1))/((2m+2; m+1))+(2^(4m))/((2m; m)pi^2)[1/((2m+1)^2(2m; m))+sum_(k=0)^(m)(2^(2k)(3m+k-3))/((2k+1)(2k; k)(2m+k; m)(2m+k+2; 2))].
(3)

这些可以组合并以稍微复杂的闭合形式写出

 P_n=pi^(-3/2){2^(2n-5)(n-1)[Gamma(1/2n)]^4[n_3F^~_2(1,n+1,1/2n+1;1/2(n+3),3/2n+1;1)-2_3F^~_2(1,n,1/2n+1;3/2n,1/2(n+3);1)] 
-(sqrt(pi)Gamma(2n))/(4^nGamma(3/2n)Gamma(1/2(n+1)))+1},
(4)

其中 _3F^~_2(a,b,c;d,e;z) 是一个正则化超几何函数

BallTrianglePicking

前几个是

P_2=4/(pi^2)-1/8 approx 0.280285
(5)
P_3=(33)/(70) approx 0.471429
(6)
P_4=(256)/(45pi^2)+1/(32) approx 0.607655
(7)
P_5=(1415)/(2002) approx 0.706793
(8)
P_6=(2048)/(315pi^2)+(31)/(256) approx 0.779842
(9)
P_7=(231161)/(277134) approx 0.834113
(10)
P_8=(4194304)/(606375pi^2)+(89)/(512) approx 0.874668
(11)
P_9=(9615369)/(10623470) approx 0.905106
(12)

(OEIS A093756A093757, OEIS A093758A093759, 以及 OEIS A093760A093761),如上图所示。

P_2 的情况对应于 圆盘三角形选取


另请参阅

立方体三角形选取, 圆盘三角形选取, 几何概率, 钝角三角形, 球体点选取

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Buchta, C. "四面体中随机多面体的体积注释。" Ill. J. Math. 30, 653-659, 1986.Buchta, C. 和 Müller, J. "球体中的随机多面体。" J. Appl. Prob. 21, 753-762, 1984.Finch, S. "随机三角形 III。" http://algo.inria.fr/csolve/rtg3.pdf. 4月 30, 2010.Hall, G. R. "n-球体中的锐角三角形。" J. Appl. Prob. 19, 712-715, 1982.Sloane, N. J. A. 序列 A093756, A093757, A093758, A093759, A093760, 和 A093761,出自 "整数序列在线百科全书"。

在 Wolfram|Alpha 中被引用

球体三角形选取

请引用为

Weisstein, Eric W. "球体三角形选取。" 来自 MathWorld--一个 Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/BallTrianglePicking.html

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