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保龄球


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保龄球,在世界大部分地区被称为“十瓶制”,是一种通过滚动重球沿狭长球道,试图击倒排列成三角形(顶点朝向保龄球手)的十个球瓶的游戏。10 个保龄球瓶的排列方式是四面体,也是三角形数 T_4

每“局”最多允许投掷两个球(或“滚球”),一场比赛由十局组成(最后一局球的数量有特殊规则)。如果在第一球击倒所有球瓶,结果称为“全中”,该局不再奖励第二球(除非在第十局也是最后一局获得全中的情况下,在这种情况下奖励个额外的球),并且计分是 10 分加上接下来两球击倒的球瓶数。如果在第一球投掷后击倒部分或没有击倒球瓶,则奖励第二球。如果在第二球击倒所有剩余球瓶,结果称为“补中”,并且计分是 10 分加上下一球投掷击倒的球瓶数。如果在每局投掷两个球后,所有球瓶没有被击倒,则该局的得分按击倒的球瓶总数计算。

比赛共进行十局,除非最后一局包含全中或补中,在这种情况下会奖励额外的一球。

可能的最大分数,对应于 12 次全中,是 300 分。

可能的保龄球比赛总数非常庞大;第一局第一球有 11 种可能性(洗沟、1、2、...、9、全中),并且在其他九局中的每一局都存在相同的可能性。因此,在不考虑每局的第二球的情况下,至少有 11^(10) approx 2.6×10^(10) (Balmoral Software)。事实上,由于每局第二球的影响,实际的比赛数量要大得多。可能的比赛总数是

 66^9×241=5726805883325784576 approx 5.7×10^(18)
(1)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

定义集合

 A={(x,y):0<=x+y<=9} 
B={(x,y,0):(x,y) in A} union {(x,10-x,z):0<=x<=9,0<=z<=10} union {(x,y,z):0<=y<=9,0<=y+z<=10} union {(10,10,z):0<=z<=10}
(2)

和矩阵

T=[sum_((x,y) in A)t^(x+y) 10t^(10) t^(10) 0; sum_((x,y) in A)t^(2x+y) t^(x+10) t^(20) 0; sum_((x,y) in A)t^(2x+2y) 10t^(20) 0 t^(20); sum_((x,y) in A)t^(3x+2y) t^(x+20) 0 t^(30)]
(3)
C=[sum_((x,y,z) in B)t^(x+y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(2x+2y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(2x+2y+z); sum_((x,y,z) in B)t^(3x+2y+z)]
(4)
R=[1 0 0 0],
(5)

那么,对应于得分 n 的比赛数量的生成函数由下式给出

 P(t)=sum_(i=0)^(300)s_it^i,
(6)

其中 P(t)1×1 矩阵中的条目

 RT^9C
(7)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

BowlingDistribution

得分为 n=0, 1, 2, 3, 4, 5 的可能比赛数量为:1, 20, 210, 1540, 8855, 42504, ... (OEIS A060853;Cooper 和 Kennedy 1990)。从上图可以看出,可能比赛数量作为 n 函数的分布并非完全围绕其最大值对称。最佳拟合高斯分布由下式给出

 s_n=ae^((n-mu)^2/sigma^2),
(8)

其中 a=1.71×10^(17), mu=78.5, 和 sigma^2=350 (上方虚线蓝色曲线)。

平均得分由下式给出

s^_=(125572265)/(1574694)
(9)
 approx 79.7439
(10)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。得分 n=77 的众数是 s_(77)=172542309343732000。对于 n=288, 289, ..., 300,总数分别为 12, 11, 11, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1。

具有相同可能投掷方式的分数总结在下表中。

s_nn
10, 291, 292, 293, 294, 295, 296, 297, 298, 299, 300
11289, 290
12287, 288
13285, 286
14283, 284
15281, 282

另请参阅

四面体, 三角形数

使用 探索

参考文献

Balmoral Software. “关于保龄球得分的一切。” http://www.balmoralsoftware.com/bowling/bowling.htm.Cooper, C. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保龄球比赛得分分布的生成函数。” Math. Mag. 63, 239-243, 1990.Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保龄球比赛得分分布的生成函数。” 在 数学轻松一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 编辑)。华盛顿特区:Math. Assoc. Amer., 1994a。Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “平均保龄球得分很糟糕吗?” 在 数学轻松一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 编辑)。华盛顿特区:Math. Assoc. Amer., 1994b。Sloane, N. J. A. 整数序列 A060853 在“整数序列在线百科全书”中。

在 中被引用

保龄球

引用为

Weisstein, Eric W. “保龄球。” 来自 Web 资源。 https://mathworld.net.cn/Bowling.html

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