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牛頓-佩普斯問題


NewtonPepysProblem

塞繆爾·佩普斯寫給艾薩克·牛頓一封長信,請他確定一組與他計劃進行的賭注相關的擲骰子結果的機率。佩普斯詢問以下哪種情況更可能:

1. 擲六個骰子時,至少出現一個六點,

2. 擲十二個骰子時,至少出現兩個六點,或者

3. 擲十八個骰子時,至少出現三個六點。

佩普斯最初認為最後一種情況最有可能,但牛頓正確地認為第一種結果的機率最高。雖然牛頓的結論是正確的,但他的論證實際上包含了一個邏輯錯誤。然而,直到 Stigler (2006) 進行了詳細和歷史性的分析後,這一事實才被指出。

在擲 6n 個骰子時獲得 n 個或更多個六點的機率由下式給出

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) 是正則化超幾何函式。n=1、2 和 3 的值由下式給出

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,隨著 n->inftyP_n 漸近線接近 1/2。

Zeilberger (1996) 給出了 P_n 的求和表示式為

 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)

從中可以明顯看出 P_n 的單調性。


另請參閱

梅雷問題

使用 探索

參考文獻

Chaundy, T. W. 和 Bullard, J. E. “約翰·史密斯問題。” 數學公報 44, 253-260, 1960。David, F. N. “牛頓先生、佩普斯先生和骰子 [原文如此]:歷史註釋。” 科學年鑑 13, 137-147, 1959。Gani, J. “牛頓論‘關於骰子上某些給定機會的不同賠率的問題’。” 數學科學 7, 61-66, 1982。Mosteller, F. “艾薩克·牛頓幫助塞繆爾·佩普斯。” 《機率論難題》第 19 題。紐約:Dover 出版社,第 19 頁和 33-35 頁,1987。Pedoe, D. 《數學的藝術》。紐約:Macmillan,1958。Schell, E. D. “塞繆爾·佩普斯、艾薩克·牛頓和機率。” 美國統計學家 14, 27-30, 1960 年 10 月。Sheynin, O. B. “牛頓與經典機率論。” 精確科學史檔案館 7, 217-243, 1971。Sloane, N. J. A. “整數序列線上百科全書”中的序列 A143162A143163。”Stigler, S. M. “作為機率論學家的艾薩克·牛頓。” 統計科學 21, 400-403, 2006。Varagnolo, D.; Schenato, L.; 和 Pillonetto, G. “牛頓-佩普斯問題的一個變體及其與規模估計問題的聯絡。” 統計與機率快報 83, 1472-1478, 2013。Westfall, R. S. 《永不安息:艾薩克·牛頓傳記》。英國劍橋:劍橋大學出版社,第 498-499 頁,1980。Zeilberger, D. “如果 A_n 在一個盒子裡有 6n 個骰子,他必須用這些骰子擲出[至少] n 個六點,那麼 A_n 的任務比 A_(n+1) 更容易,機會均等。” 美國數學月刊 103, 265, 1996。”

在 中被引用

牛頓-佩普斯問題

請引用為

Weisstein, Eric W. “牛頓-佩普斯問題。” 來自 ——Wolfram 網路資源。 https://mathworld.tw/Newton-PepysProblem.html

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