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每周一题:丢失的袜子(附上周答案)

2019-06-30 12:12 作者:大老李聊数学  | 我要投稿

本期题目:丢失的袜子


题目来源:new scientist

大老李的洗衣机会“吃”袜子,每洗一次后,总是会丢一只袜子(大老李深有体会!)。上周,大老李丢了所有袜子,只好新买了三双。每次我总是把所有袜子丢进洗衣机一起洗。

那么,洗过三次之后,剩下三只单独袜子的概率是多少?或者说,大老李剩下至少一双完整的袜子的概率是多少?

请直接留言或发邮件至:dalaoliliaoshuxue @gmail.com 解答

加餐题:立方体的最大投影面积

题目来源:new scientis

大老李闲来无事,拿了一个骰子在太阳底下玩,我发现这个骰子在地面上能投下的阴影最小面积是一个正方形,面积为1平方米。

请问:这个骰子能在地面投下的阴影面积最大是多少?

请直接留言或发邮件至:dalaoliliaoshuxue @gmail.com 解答

上周题目:书本的排列

书架上有六本数学书,六本语文书,四本英语书。每种科目的书都是一样的。问:把他们从左到右排成一排,共有多少种不一样的排法?

答案: 1681680 。

一种思路是先计算所有16本书的全排列数,为 16!。

在以上计算中,再去除其中重复计算的次数。考虑到有6本数学书,全排列数为6!,则排除因数学书排列造成的重复,应将16!除以6!。

同样思路,则可知总的排列数为:

16! / (6! * 6! *  4!) =1681680

上期加餐题:德国坦克问题


二战中,英军情报人员得知,德国人生产某一批次坦克时,会对每一辆坦克进行标号,编号范围从1到N。某次,前线人员俘获德国某同一批次坦克四辆,其编号分别为:19,40,42,60。为这一批次,德国人最可能生产了多少量坦克?提示:此题用数学语言描述是:从1到N个数字中,进行4次随机(不重复)采样,得到19,40,42和60这四个数字,问:如何估计N的大小?

答案:这是一道经典问题 ,很多朋友采用“期望值”估计法,即:

因为样本均值为40.25,而总体均值为(1+N)/2,因此可以推出N≈79.5.

但实践中更准确的是“频率论”的方法,记m为最大序号,k为采样次数, 则估计公式为:

按“贝叶斯分析”,则可求出N的估计函数为:

则可以得出以下估计:


此题内容并非杜撰,而是历史史实。以下摘自“维基百科”:

在战争的过程中,西方盟国一直在努力确定德国的生产速度,并以两种主要方式得到这个数据:常规情报收集和统计估计。大部分情况下,统计估计的可信度很大程度上决定于常规情报收集。而有时常规情报收集会和统计估计一起结合使用,如在D日前夕估计豹式坦克的生产速度。

盟军指挥机构已经注意到了出现在意大利的[五号坦克](豹式坦克),速度快,装备有75 mm/L70长管战车炮,是很不寻常的重型坦克,但在法国北部编号就很小,就和[虎I坦克]在突尼斯那样。由于[谢尔曼坦克]在对阵[三号坦克])和[四号坦克]时表现良好,美国陆军对它非常自信,以至于迫不及待地希望与他们相遇。就在D日的不久前,有消息称德国手中有大量的五号坦克。

为了确定这种说法的真实性,盟军要尝试估计正在生产坦克的数量。为此,他们要使用被缴获或被摧毁的坦克的序列号。他们主要使用变速箱的号码,因为其为两个完整的序列。底盘和发动机号码也有使用,但它们的编号规则比较复杂。各种其他的零件用来对分析结果进行交叉检查。对轮胎也做了类似的分析,其上观察到了顺序编号(即1、2、3、……、N)。

对坦克车轮的分析产生了对使用中的车轮模具数量的估计。在与英国车轮制造商讨论过后,他们估计了这么多的模具可以生产多少车轮,进而是每个月可生产的坦克数量。对两辆坦克(每辆32个车轮,总计64个车轮)车轮的分析的结果是1944年2月的生产数量估计在270左右,大大超出此前预期。

德国战后公布的记录显示,1944年2月一个月的生产量是276辆。统计方法结果的精确度是常规情报收集方法所远远不能达到的,而“德国坦克问题”这个词也成为了这种统计分析问题的标志。

估计产量并不是这种序列号分析的唯一应用。它也用于探查更多德国生产的信息,包括工厂数目、工厂的相对重要性、供应链长度(基于生产和使用之间的滞后程度)、生产工艺的改变、及对诸如橡胶等资源的使用。

大老李考虑将来用音频专门讲解一次这个话题。


喜马拉雅FM:"大老李聊数学”:

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