1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الرياضيات

الاعداد و نظريتها

تاريخ التحليل

تار يخ الجبر

الهندسة و التبلوجي

الرياضيات في الحضارات المختلفة

العربية

اليونانية

البابلية

الصينية

المايا

المصرية

الهندية

الرياضيات المتقطعة

المنطق

اسس الرياضيات

فلسفة الرياضيات

مواضيع عامة في المنطق

الجبر

الجبر الخطي

الجبر المجرد

الجبر البولياني

مواضيع عامة في الجبر

الضبابية

نظرية المجموعات

نظرية الزمر

نظرية الحلقات والحقول

نظرية الاعداد

نظرية الفئات

حساب المتجهات

المتتاليات-المتسلسلات

المصفوفات و نظريتها

المثلثات

الهندسة

الهندسة المستوية

الهندسة غير المستوية

مواضيع عامة في الهندسة

التفاضل و التكامل

المعادلات التفاضلية و التكاملية

معادلات تفاضلية

معادلات تكاملية

مواضيع عامة في المعادلات

التحليل

التحليل العددي

التحليل العقدي

التحليل الدالي

مواضيع عامة في التحليل

التحليل الحقيقي

التبلوجيا

نظرية الالعاب

الاحتمالات و الاحصاء

نظرية التحكم

بحوث العمليات

نظرية الكم

الشفرات

الرياضيات التطبيقية

نظريات ومبرهنات

علماء الرياضيات

500AD

500-1499

1000to1499

1500to1599

1600to1649

1650to1699

1700to1749

1750to1779

1780to1799

1800to1819

1820to1829

1830to1839

1840to1849

1850to1859

1860to1864

1865to1869

1870to1874

1875to1879

1880to1884

1885to1889

1890to1894

1895to1899

1900to1904

1905to1909

1910to1914

1915to1919

1920to1924

1925to1929

1930to1939

1940to the present

علماء الرياضيات

الرياضيات في العلوم الاخرى

بحوث و اطاريح جامعية

هل تعلم

طرائق التدريس

الرياضيات العامة

نظرية البيان

الرياضيات : نظرية الاعداد :

Circle Triangle Picking

المؤلف:  Sloane, N. J. A

المصدر:  Sequences A093582, A093583, A093584, A093585, and A093586 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

الجزء والصفحة:  ...

6-2-2020

932

Circle Triangle Picking

TriangleInscribing

Select three points at random on the circumference of a unit circle and find the distribution of areas of the resulting triangles determined by these three points.

The first point can be assigned coordinates (1,0) without loss of generality. Call the central angles from the first point to the second and third theta_1 and theta_2. The range of theta_1 can be restricted to [0,pi] because of symmetry, but theta_2 can range from [0,2pi). Then

 A(theta_1,theta_2)=2sin(1/2theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_1-theta_2)],

(1)

so

A^_ = (int_0^piint_0^(2pi)|A|dtheta_2dtheta_1)/(int_0^piint_0^(2pi)dtheta_2dtheta_1)

(2)

= 1/(2pi^2)int_0^piint_0^(2pi)|A|dtheta_2dtheta_1.

(3)

Therefore,

A^_ = 2/(2pi^2)int_0^piint_0^(2pi)|sin(1/2theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_1-theta_2)]|dtheta_2dtheta_1

(4)

= 1/(pi^2)int_0^pisin(1/2theta_1)[int_0^(2pi)sin(1/2theta_2)|sin[1/2(theta_2-theta_1)]|dtheta_2]dtheta_1

(5)

= 1/(pi^2)int_0^(pi)int_0^(2pi); theta_2-theta_1>0sin(1/2theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_1-theta_2)]dtheta_2dtheta_1+1/(pi^2)int_0^(pi)int_0^(2pi); theta_2-theta_1<0sin(1/2theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_1-theta_2)]dtheta_2dtheta_1

(6)

= 1/(pi^2)int_0^pisin(1/2theta_1)[int_(theta_1)^(2pi)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_2-theta_1)]dtheta_2]dtheta_1+1/(pi^2)int_0^pisin(1/2theta_1)[int_0^(theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_2-theta_1)]dtheta_2]dtheta_1.

(7)

But

int(1/2theta_2)sin[1/2(theta_2-theta_1)]dtheta_2 = intsin(1/2theta_2)[sin(1/2theta_2)cos(1/2theta_2)-sin(1/2theta_1)cos(1/2theta_2)]dtheta_2

(8)

= cos(1/2theta_1)intsin^2(1/2theta_2)dtheta_2-sin(1/2theta_1)intsin(1/2theta_1)cos(1/2theta_2)dtheta_2

(9)

= 1/2cos(1/2theta_1)int(1-costheta_2)dtheta_2-1/2sin(1/2theta_2)intsintheta_2dtheta_2

(10)

= 1/2cos(1/2theta_1)(theta_2-sintheta_2)+1/2sin(1/2theta_1)cos(theta_2).

(11)

Write (10) as

 A^_=1/(pi^2)[int_0^pisin(1/2theta_1)I_1dtheta_1+int_0^pisin(1/2theta_1)I_2dtheta_1],

(12)

then

 I_1=int_(theta_1)^(2pi)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_2-theta_1)]dtheta_2,

(13)

and

 I_2=int_0^(theta_1)sin(1/2theta_2)sin[1/2(theta_1-theta_2)]dtheta_2.

(14)

From (12),

I_1 = 1/2cos(1/2theta_2)[theta_2-sintheta_2]_(theta_1)^(2pi)+1/2sin(1/2theta_1)[costheta_2]_(theta_1)^(2pi)

(15)

= 1/2cos(1/2theta_1)(2pi-theta_1+sintheta_1)+1/2sin(1/2theta_1)(1-costheta_1)

(16)

= picos(1/2theta_1)-1/2theta_1cos(1/2theta_1)+1/2[cos(1/2theta_1)sintheta_1-costheta_1sin(1/2theta_1)]+1/2sin(1/2theta_1)

(17)

= picos(1/2theta_1)-1/2theta_1cos(1/2theta_1)+1/2+1/2sin(theta_1-1/2theta_1)+1/2sin(1/2theta_1)

(18)

= picos(1/2theta_1)-1/2theta_1cos(1/2theta_1)+sin(1/2theta_1),

(19)

so

 int_0^piI_1sin(1/2theta_1)dtheta_1=5/4pi.

(20)

Also,

I_2 = 1/2cos(1/2theta_1)[sintheta_2-theta_2]_0^(theta_1)-1/2sin(1/2theta_1)[costheta_2]_0^(theta_1)

(21)

= 1/2cos(1/2theta_2)(sintheta_1-theta_1)-1/2sin(1/2theta_1)(costheta_1-1)

(22)

= -1/2theta_1cos(1/2theta_1)+1/2[sintheta_1cos(1/2theta_1)-costheta_1sin(1/2theta_2)]+1/2sin(1/2theta_1)

(23)

= -1/2theta_1cos(1/2theta_1)+sin(1/2theta_1),

(24)

so

 int_0^piI_2sin(1/2theta_1)dtheta_1=1/4pi.

(25)

Combining (◇) and (◇) gives the mean triangle area as

 A^_=1/(pi^2)((5pi)/4+pi/4)=3/(2pi)=0.47746...

(26)

(OEIS A093582).

The first few moments are

= 3/(2pi)

(27)

= 3/8

(28)

= (35)/(32pi)

(29)

= (45)/(128)

(30)

= (3003)/(2560pi)

(31)

= (105)/(256)

(32)

(OEIS A093583 and A093584 and OEIS A093585 and A093586).

The variance is therefore given by

 sigma_A^2=<A>^2-<A^2>=(3(pi^2-6))/(8pi^2) approx 0.1470.

(33)

The probability that the interior of the triangle determined by the three points picked at random on the circumference of a circle contains the origin is 1/4.


REFERENCES:

Sloane, N. J. A. Sequences A093582, A093583, A093584, A093585, and A093586 in "The On-Line Encyclopedia of Integer Sequences."

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي