理想化的硬币是由零厚度的圆形盘组成,当抛向空中并使其落下时,将以相等的概率正面朝上(“正面”H或“反面”T)或反面朝上。因此,硬币是双面骰子。尽管实际硬币的两面略有差异且厚度非零,但它们的抛掷分布很好地近似于 伯努利分布。
令人惊讶的是,旋转一美分硬币而不是抛掷它,正面朝上的时间仅约占 30% (Paulos 1995)。
Diaconis 等人 (2007) 提出,抛掷硬币会引入轻微的摆动,导致硬币在空中(落地前)花费更多时间,初始朝上的面朝上。 因此,引入了“同侧偏差”,使得硬币更可能在落地后初始朝上的那一面朝上。 Diaconis 等人 (2007) 基于“适量”的经验观察,估计公平抛掷硬币的“同侧”概率为 51%(而不是精确的 50%)。 Bartoš 等人 (2013) 的实验证实了这一预测,他们收集了总共 350,757 次抛掷硬币的数据,发现初始朝上的面在落地时朝上的概率为 50.8%,95% 置信区间为 50.6%-50.9%。 数据还显示没有正面-反面偏差的迹象,在 350,757 次抛掷中获得了 175,420 次正面,正面概率为 50.0%,95% 置信区间为 49.8%-50.2% (Bartoš et al. 2013)。
抛硬币有一些相当违反直觉的特性。 例如,对于公平的抛硬币,三重序列 TTH 在 THT 之前出现的可能性是其之后的两倍,而 THH 在 HHT 之前出现的可能性是其之后的三倍。 此外,HTT 成为 HTT、TTH 和 TTT 中第一个出现的序列的可能性是其他序列的六倍 (Honsberger 1979)。 还有一些由 H 和 T 组成的字符串 ,它们具有以下属性:看到字符串 的预期等待时间 小于看到 的预期等待时间 ,但是先看到 再看到 的概率小于 1/2 (Gardner 1988, Berlekamp et al. 2001)。 例子包括
1. THTH 和 HTHH,其中 和 ,但 THTH 在 HTHH 之前出现的概率为 9/14 (Gardner 1988, p. 64),
2. , ,但 TTHH 在 HHH 之前出现的概率为 7/12,THHH 在 HHH 之前出现的概率为 7/8 (Penney 1969; Gardner 1988, p. 66)。
有限厚度硬币边缘着陆的概率已由 Hernández-Navarro 和 Piñero (2022) 计算得出为
其中
是由半径为 和厚度为 的圆柱体(构成硬币)的临界角。 值得注意的是,此表达式与恢复系数无关。 使用此公式计算出的美国硬币边缘着陆的几率总结在下表中。
硬币 | 直径 (毫米) | 厚度 (毫米) | |
一美分 | 19.05 | 1.52 | 1/5900 |
五美分 | 21.21 | 1.95 | 1/3800 |
一角 | 17.91 | 1.35 | 1/7000 |
二十五美分 | 24.26 | 1.75 | 1/8100 |
对两次或多次相同抛掷的游程的研究已经很成熟,但考虑到基础过程的简单性,详细的处理却出奇地复杂。 例如,在 次抛掷中不会出现两个连续反面的概率由 给出,其中 是斐波那契数。 类似地,在 次抛掷中不会出现 个连续反面的概率由 给出,其中 是斐波那契 k 步数。
反复抛掷一枚均匀的硬币,记录正面和反面的序列,并考虑所需的抛掷次数,使得所有长度为 的正面和反面的可能序列都作为抛掷的子序列出现。 最少的抛掷次数是 (Havil 2003, p. 116),前几项为 2, 5, 10, 19, 36, 69, 134, ... (OEIS A052944)。 的最小序列是 HT 和 TH, 的最小序列是 HHTTH、HTTHH、THHTT 和 TTHHT。 , 2, ... 的不同最小抛掷序列的数量为 2, 4, 16, 256, ... (OEIS A001146),这似乎只是 。
据推测,随着 变大,获得所有长度为 的子序列所需的平均抛掷次数为 ,其中 是欧拉-马歇罗尼常数 (Havil 2003, p. 116)。