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保齡球


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保齡球,在世界大部分地區被稱為“十瓶制”,是一種透過滾動重球沿狹長球道,試圖擊倒排列成三角形(頂點朝向保齡球手)的十個球瓶的遊戲。10 個保齡球瓶的排列方式是四面體,也是三角形數 T_4

每“局”最多允許投擲兩個球(或“滾球”),一場比賽由十局組成(最後一局球的數量有特殊規則)。如果在第一球擊倒所有球瓶,結果稱為“全中”,該局不再獎勵第二球(除非在第十局也是最後一局獲得全中的情況下,在這種情況下獎勵個額外的球),並且計分是 10 分加上接下來兩球擊倒的球瓶數。如果在第一球投擲後擊倒部分或沒有擊倒球瓶,則獎勵第二球。如果在第二球擊倒所有剩餘球瓶,結果稱為“補中”,並且計分是 10 分加上下一球投擲擊倒的球瓶數。如果在每局投擲兩個球后,所有球瓶沒有被擊倒,則該局的得分按擊倒的球瓶總數計算。

比賽共進行十局,除非最後一局包含全中或補中,在這種情況下會獎勵額外的一球。

可能的最大分數,對應於 12 次全中,是 300 分。

可能的保齡球比賽總數非常龐大;第一局第一球有 11 種可能性(洗溝、1、2、...、9、全中),並且在其他九局中的每一局都存在相同的可能性。因此,在不考慮每局的第二球的情況下,至少有 11^(10) approx 2.6×10^(10) (Balmoral Software)。事實上,由於每局第二球的影響,實際的比賽數量要大得多。可能的比賽總數是

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

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

定義集合

 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)

和矩陣

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)

那麼,對應於得分 n 的比賽數量的生成函式由下式給出

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

其中 P(t)1×1 矩陣中的條目

 RT^9C
(7)

(Cooper 和 Kennedy 1990)。

BowlingDistribution

得分為 n=0, 1, 2, 3, 4, 5 的可能比賽數量為:1, 20, 210, 1540, 8855, 42504, ... (OEIS A060853;Cooper 和 Kennedy 1990)。從上圖可以看出,可能比賽數量作為 n 函式的分佈並非完全圍繞其最大值對稱。最佳擬合高斯分佈由下式給出

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

其中 a=1.71×10^(17), mu=78.5, 和 sigma^2=350 (上方虛線藍色曲線)。

平均得分由下式給出

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

(Cooper 和 Kennedy 1990)。得分 n=77 的眾數是 s_(77)=172542309343732000。對於 n=288, 289, ..., 300,總數分別為 12, 11, 11, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1。

具有相同可能投擲方式的分數總結在下表中。

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

另請參閱

四面體, 三角形數

使用 探索

參考文獻

Balmoral Software. “關於保齡球得分的一切。” http://www.balmoralsoftware.com/bowling/bowling.htm.Cooper, C. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保齡球比賽得分分佈的生成函式。” Math. Mag. 63, 239-243, 1990.Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “所有可能的保齡球比賽得分分佈的生成函式。” 在 數學輕鬆一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 編輯)。華盛頓特區:Math. Assoc. Amer., 1994a。Cooper, C. N. 和 Kennedy, R. E. “平均保齡球得分很糟糕嗎?” 在 數學輕鬆一面 (R. K. Guy 和 R. E. Woodrow 編輯)。華盛頓特區:Math. Assoc. Amer., 1994b。Sloane, N. J. A. 整數序列 A060853 在“整數序列線上百科全書”中。

在 中被引用

保齡球

引用為

Weisstein, Eric W. “保齡球。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Bowling.html

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