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牛顿-佩普斯问题


NewtonPepysProblem

塞缪尔·佩普斯写给艾萨克·牛顿一封长信,请他确定一组与他计划进行的赌注相关的掷骰子结果的概率。佩普斯询问以下哪种情况更可能:

1. 掷六个骰子时,至少出现一个六点,

2. 掷十二个骰子时,至少出现两个六点,或者

3. 掷十八个骰子时,至少出现三个六点。

佩普斯最初认为最后一种情况最有可能,但牛顿正确地认为第一种结果的概率最高。虽然牛顿的结论是正确的,但他的论证实际上包含了一个逻辑错误。然而,直到 Stigler (2006) 进行了详细和历史性的分析后,这一事实才被指出。

在掷 6n 个骰子时获得 n 个或更多个六点的概率由下式给出

P_n=sum_(x=n)^(6n)(6n; x)(1/6)^x(5/6)^(6n-x)
(1)
=1-sum_(x=0)^(n-1)(6n; x)(1/6)^x(5/6)^(6n-x)
(2)
=(5^(5n))/(6^(6n))(6n; n)_2F^~_1(1,-5n;n+1;-1/5),
(3)

其中 _2F^~_1(a,b;c;x) 是正则化超几何函数。n=1、2 和 3 的值由下式给出

P_1=(31031)/(46656) approx 0.6651
(4)
P_2=(1346704211)/(2176782336) approx 0.6187
(5)
P_3=(15166600495229)/(25389989167104) approx 0.5973
(6)

(OEIS A143162A143163)。因此,P_1 最有可能,随着 n->inftyP_n 渐近线接近 1/2。

Zeilberger (1996) 给出了 P_n 的求和表达式为

 P_n=1-2sum_(m=0)^(n-1)((94500m^4+214830m^3+171573m^2+56243m+6250)(6m)!5^(5m+2))/((5m+5)!m!6^(6m+5)),
(7)

从中可以明显看出 P_n 的单调性。


另请参阅

梅雷问题

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参考文献

Chaundy, T. W. 和 Bullard, J. E. “约翰·史密斯问题。” 数学公报 44, 253-260, 1960。David, F. N. “牛顿先生、佩普斯先生和骰子 [原文如此]:历史注释。” 科学年鉴 13, 137-147, 1959。Gani, J. “牛顿论‘关于骰子上某些给定机会的不同赔率的问题’。” 数学科学 7, 61-66, 1982。Mosteller, F. “艾萨克·牛顿帮助塞缪尔·佩普斯。” 《概率论难题》第 19 题。纽约:Dover 出版社,第 19 页和 33-35 页,1987。Pedoe, D. 《数学的艺术》。纽约:Macmillan,1958。Schell, E. D. “塞缪尔·佩普斯、艾萨克·牛顿和概率。” 美国统计学家 14, 27-30, 1960 年 10 月。Sheynin, O. B. “牛顿与经典概率论。” 精确科学史档案馆 7, 217-243, 1971。Sloane, N. J. A. “整数序列在线百科全书”中的序列 A143162A143163。”Stigler, S. M. “作为概率论学家的艾萨克·牛顿。” 统计科学 21, 400-403, 2006。Varagnolo, D.; Schenato, L.; 和 Pillonetto, G. “牛顿-佩普斯问题的一个变体及其与规模估计问题的联系。” 统计与概率快报 83, 1472-1478, 2013。Westfall, R. S. 《永不安息:艾萨克·牛顿传记》。英国剑桥:剑桥大学出版社,第 498-499 页,1980。Zeilberger, D. “如果 A_n 在一个盒子里有 6n 个骰子,他必须用这些骰子掷出[至少] n 个六点,那么 A_n 的任务比 A_(n+1) 更容易,机会均等。” 美国数学月刊 103, 265, 1996。”

在 Wolfram|Alpha 中被引用

牛顿-佩普斯问题

请引用为

Weisstein, Eric W. “牛顿-佩普斯问题。” 来自 MathWorld——Wolfram 网络资源。 https://mathworld.net.cn/Newton-PepysProblem.html

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