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骰子


骰子(單數 “die”,複數 “dice”)是一個立體,其每個面上都有標記。這些面通常形狀相同,使得柏拉圖立體阿基米德對偶體成為顯而易見的選擇。骰子可以透過拋擲到空中並使其靜止在一個面上來“滾動”。骰子在許多機會遊戲中被用作選擇隨機數以進行投注的方式,並且在棋盤遊戲或角色扮演遊戲中用於確定移動的步數、衝突的結果等等。 硬幣可以被視為骰子的退化兩面情況。

1787 年,莫扎特為音樂創作骰子游戲編寫了樂章和說明。其想法是將預先寫好的音樂樂章剪下並貼上在一起以創作小步舞曲 (Chuang)。

Die

最常見的骰子型別是六面立方體,其面上標有數字 1-6。擲出的值由頂部顯示的“點數”表示。對於六面骰子,相對的面總是排列成總和為七。這給出了兩種可能的映象排列,其中數字 1、2 和 3 可以按順時針或逆時針順序圍繞一個角排列。事實上,商業骰子可能具有任一方向。上面的插圖分別顯示了從沿三倍旋轉軸朝向骰子中心觀察時,具有逆時針和順時針排列的 6 面骰子。

立方體具有一個很好的特性,即在底面的對面有一個向上指向的面,可以很容易地從中讀取“擲出”的值。例如,對於四面體骰子來說,情況就不是這樣了,它必須被拿起並翻過來才能顯示下面的數字(儘管可以透過注意在上三個面上沒有可見的數字 1-4 來確定)。五個點的排列 Quincunx 對應於六面骰子上擲出 5,被稱為五點梅花形。對於兩個六面骰子的某些擲法,也有特殊的名稱:兩個 1 被稱為蛇眼,兩個 6 被稱為火車車廂

除通常的 6 面立方體之外的骰子形狀可從 Dice & Games, Ltd.® 等公司商業購買。Diaconis 和 Keller (1989) 表明,存在除通常的柏拉圖立體阿基米德立體的對偶體之外的“公平”骰子,其中公平骰子是指其對稱群在其面上傳遞作用的骰子(即,等面體)。有 30 個等面體。

...可以如下計算。獲得 p 的方式的數量是 ... 在以下公式中的係數

 f(x)=(x+x^2+...+x^s)^n,
(1)

因為每種可能的排列都貢獻一個項。 f(x) 可以寫成多項式級數

f(x)=x^n(sum_(i=0)^(s-1)x^i)^n
(2)
=x^n((1-x^s)/(1-x))^n,
(3)

因此,所需的數字 c 是 ... 在以下公式中的係數

 x^n(1-x^s)^n(1-x)^(-n).
(4)

展開,

 x^nsum_(k=0)^n(-1)^k(n; k)x^(sk)sum_(l=0)^infty(n+l-1; l)x^l,
(5)

因此,為了獲得 x^p係數,包括所有滿足以下條件的項

 p=n+sk+l.
(6)

c 因此是

 c=sum_(k=0)^n(-1)^k(n; k)(p-sk-1; p-sk-n).
(7)

但是 p-sk-n>0 僅當 k<(p-n)/s 時成立,因此其他項不貢獻。此外,

 (p-sk-1; p-sk-n)=(p-sk-1; n-1),
(8)

所以

 c=sum_(k=0)^(|_(p-n)/s_|)(-1)^k(n; k)(p-sk-1; n-1),
(9)

其中 |_x_|向下取整函式,並且

 P(p,n,s)=1/(s^n)sum_(k=0)^(|_(p-n)/s_|)(-1)^k(n; k)(p-sk-1; n-1)
(10)

(Uspensky 1937, 第 23-24 頁)。

現在考慮 s=6。對於 n=2 六面骰子,

 k_(max)=|_(p-2)/6_|={0   for 2<=p<=7; 1   for 8<=p<=12,
(11)

P(p,2,6)=1/(6^2)sum_(k=0)^(k_(max))(-1)^k(2; k)(p-6k-1; 1)
(12)
=1/(6^2)sum_(k=0)^(k_(max))(-1)^k(2!)/(k!(2-k)!)(p-6k-1)
(13)
=1/(36)sum_(k=0)^(k_(max))(1-2k)(k+1)(p-6k-1)
(14)
=1/(36){p-1 for 2<=p<=7; 13-p for 8<=p<=12
(15)
=(6-|p-7|)/(36)  for 2<=p<=12.
(16)

因此,最常見的擲骰結果是 7,機率為 6/36=1/6,而最不常見的擲骰結果是 2 和 12,機率均為 1/36。

對於 n=3 六面骰子,

 k_(max)=|_(p-3)/6_|={0   for 3<=p<=8; 1   for 9<=p<=14; 2   for 15<=p<=18,
(17)

P(p,3,6)=1/(6^3)sum_(k=0)^(k_(max))(-1)^k(3; k)(p-6k-1; 2)
(18)
=1/(6^3)sum_(k=0)^(k_(max))(-1)^k(3!)/(k!(3-k)!)((p-6k-1)(p-6k-2))/2
(19)
=1/(216){((p-1)(p-2))/2 for 3<=p<=8; ((p-1)(p-2))/2-3((p-7)(p-8))/2 for 9<=p<=14; ((p-1)(p-2))/2-3((p-7)(p-8))/2+3((p-13)(p-14))/2 for 15<=p<=18
(20)
=1/(216){1/2(p-1)(p-2) for 3<=p<=8; -p^2+21p-83 for 9<=p<=14; 1/2(19-p)(20-p) for 15<=p<=18.
(21)

對於三個六面骰子,最常見的擲骰結果是 10 和 11,機率均為 1/8;最不常見的擲骰結果是 3 和 18,機率均為 1/216。

對於四個六面骰子,最常見的擲骰結果是 14,機率為 73/648;最不常見的擲骰結果是 4 和 24,機率均為 1/1296。

一般來說,對於 s-面骰子,最可能的擲骰結果 p_L 由下式給出

 p_L(n,s)=|_1/2n(s+1)_|,
(22)

它可以顯式地寫成

 p_L(n,s)={1/2n(s+1)   for n even; 1/2[n(s+1)-1]   for n odd, s even; 1/2n(s+1)   for n odd, s odd.
(23)

對於 6 面骰子,最可能的擲骰結果由下式給出

 p_L(n,6)=|_7/2n_|={7/2n   for n even; 1/2(7n-1)   for n odd,
(24)

或 7、10、14、17、21、24、28、31、35、... 對於 n=2、3、... (OEIS A030123) 骰子。對應於最可能擲骰結果的機率可以透過將 p=p_L 代入通用公式以及

 k_L(n,s)={1/2n   for n even; |_(n(s-1)-1)/(2s)_|   for n odd, s even; |_(n(s-1))/(2s)_|   for n odd, s odd.
(25)

不幸的是,P(p_L,n,s) 沒有用 sn 表示的簡單閉式表示式。然而,對於特定的 s,可以顯式地找到獲得最可能擲骰總數的機率。對於 n 個 6 面骰子,機率為 1/6、1/8、73/648、65/648、361/3888、24017/279936、7553/93312、... 對於 n=2、3、 ... 。

DicePlots

上面顯示了使用 n 個 6 面骰子獲得給定總數的機率,適用於 n=1、2、3 和 4 個骰子。可以看出,隨著骰子數量的增加,它們接近正態分佈


另請參閱

火車車廂, 拋硬幣, 擲骰子游戲, 梅雷問題, 埃夫隆骰子, 等面體, 牛頓-佩皮斯問題, 撲克, 五點梅花形, 西切曼骰子, 蛇眼, Yahtzee (骰盅)

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更多嘗試

參考文獻

Chuang, J. “莫扎特的音樂骰子游戲。” http://sunsite.univie.ac.at/Mozart/dice/Cook, K. “骰子有哪些形狀?” http://www.dicecollector.com/diceinfo_how_many_shapes.htmlCulin, S. “Tjou-sa-a--骰子。” 東方遊戲:韓國、中國、日本。 第 72 節。Rutland, VT: Charles E. Tuttle, 第 78-79 頁, 1965。Diaconis, P. 和 Keller, J. B. “公平骰子。” Amer. Math. Monthly 96, 337-339, 1989。Dice & Games, Ltd. “多面骰子和愛好遊戲骰子。” http://www.dice.co.uk/fs_poly.htmEvans, D. C. “座標系:右手和左手骰子。對嗎?” http://users.erols.com/ee/dice.htmGardner, M. “骰子。” 數學魔術表演:來自《科學美國人》的更多謎題、遊戲、消遣、幻覺和其他數學思維技巧。 第 18 章。New York: Vintage, 第 251-262 頁, 1978。Pegg, E. Jr. “公平骰子。” http://www.mathpuzzle.com/Fairdice.htmPickover, C. A. 奧茲國的數學:來自邊緣之外的腦力體操。 New York: Cambridge University Press, 第 245 頁, 2002。Robertson, L. C.; Shortt, R. M.; Landry, S. G. “總和公平的骰子。” Amer. Math. Monthly 95, 316-328, 1988。Sloane, N. J. A. “整數序列線上百科全書”中的序列 A030123Tietze, H. “關於立方體穩定靜止位置的數量。” Elem. Math. 7, 97-100, 1948。Uspensky, J. V. 數學機率導論。 New York: McGraw-Hill, 第 23-24 頁, 1937。

在 中被引用

骰子

如此引用

Weisstein, Eric W. “骰子。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/Dice.html

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