المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية
معنى قوله تعالى زين للناس حب الشهوات من النساء
2024-11-24
مسألتان في طلب المغفرة من الله
2024-11-24
من آداب التلاوة
2024-11-24
مواعيد زراعة الفجل
2024-11-24
أقسام الغنيمة
2024-11-24
سبب نزول قوله تعالى قل للذين كفروا ستغلبون وتحشرون الى جهنم
2024-11-24


Clean Tile Problem  
  
1443   05:06 مساءً   date: 8-3-2021
Author : Buffon, G.
Book or Source : "Essai d,arithmétique morale." Histoire naturelle, générale er particulière, Supplément 4
Page and Part : ...


Read More
Date: 15-2-2016 1660
Date: 15-3-2021 1384
Date: 6-2-2021 1241

Clean Tile Problem

Clean tile is a game investigated by Buffon (1777) in which players bet on the number of different tiles a thrown coin will partially cover on a floor that is regularly tiled. Buffon investigated the probabilities on a triangular grid, square grid, hexagonal grid, and grid composed of rhombi. Assume that the side length of the tile l is greater than the coin diameter d. Then, on a square grid, it is possible for a coin to land so that it partially covers 1, 2, 3, or 4 tiles. On a triangular grid, it can land on 1, 2, 3, 4, or 6 tiles. On a hexagonal grid, it can land on 1, 2, or 3 tiles.

Special cases of this game give the Buffon-Laplace needle problem (for a square grid) and Buffon's needle problem (for infinite equally spaced parallel lines).

CleanTileSquare1 Clean tile on a square grid

As shown in the figure above, on a square grid with tile edge length l, the probability that a coin of diameter d will lie entirely on a single tile (indicated by yellow disks in the figure) is given by

 P_1=((l-d)^2)/(l^2)=(1-d/l)^2,

(1)

since the shortening of the side of a square obtained by insetting from a square of side length l by the radius of the coin d/2 is given by

 Deltal=2(1/2d)=d.

(2)

The probability that it will lie on two or more (indicated by red disks) is just

 P_(>=2)=1-P_1=1-(1-d/l)^2.

(3)

For the game to be fair with two players betting on (1) a single tile or (2) two or more tiles, these quantities must be equal, which gives

 d=1/2(2-sqrt(2))l=0.29289...l.

(4)

CleanTileSquare2

The probability of landing on exactly two tiles is the ratio of shaded area in the above figure to the tile size, namely

P_2 = 4d/(2l)(1-d/l)

(5)

= 2(1-d/l)d/l.

(6)

CleanTileSquare3

On a square grid, the probability of a coin landing on exactly three tiles is the fraction of a tile covered by the region illustrated in the figure above,

 P_3=(d^2-pi(1/2d)^2)/(l^2)=(1-1/4pi)(d^2)/(l^2).

(7)

CleanTileSquare4

Similarly, the probability of a coin landing on four tiles is the fraction of a tile covered by a disk, as illustrated in the figure above,

 P_4=(pi(1/2d)^2)/(l^2)=1/4pi(d^2)/(l^2).

(8)

CleanTileTriangle Clean tile on a triangular grid

As shown in the figure above, on a triangular grid with tile edge length l, the probability that a coin of diameter d will lie entirely on a single tile is given by

 P_1=((l-sqrt(3)d)^2)/(l^2)=(1-sqrt(3)d/l)^2,

(9)

since the shortening of the side of an equilateral triangle obtained by insetting from a triangle of side length l by the radius of the coin d/2 is

 Deltal=2(1/2dcot30 degrees)=sqrt(3)d.

(10)

The probability that it will lie on two or more is just

 P_(>=2)=1-P_1=1-(1-sqrt(3)d/l)^2.

(11)

For the game to be fair with two players betting on (1) a single tile or (2) two or more tiles, these quantities must be equal, which gives

 d=1/6(2sqrt(3)-sqrt(6))l=0.16910...l.

(12)

CleanTileHexagon

As shown in the figure above, on a hexagonal grid with tile edge length l, the probability that a coin of diameter d will lie entirely on a single tile is given by

 P_1=((l-1/3sqrt(3)d)^2)/(l^2)=(1-1/3sqrt(3)d/l)^2,

(13)

since the shortening of the side of a regular hexagon obtained by insetting from a triangle of side length l by the radius of the coin d/2 is

 Deltal=2(1/2d)sec30 degrees=1/3sqrt(3)d.

(14)

The probability that it will lie on two or more is just

 P_(>=2)=1-P_1=1-(1-1/3sqrt(3)d/l)^2.

(15)

For the game to be fair with two players betting on (1) a single tile or (2) two or more tiles, these quantities must be equal, which gives

 d=1/2(2sqrt(3)-sqrt(6))l=0.50730...l.

(16)

CleanTileRhombus

In a quadrilateral tiling formed by rhombi with opening angle theta, insetting from a rhombus of side length l gives

Deltal_1 = 1/2dcottheta

(17)

Deltal_2 = 1/2dtantheta,

(18)

so

 Deltal=Deltal_1+Deltal_2=1/2d(cottheta+tantheta)=1/2dcscthetasectheta.

(19)

Therefore, the probability that a coin will lie on a single tile is

P_1 = ((l-1/2dcscthetasectheta)^2)/(l^2)

(20)

= (1-d/(2l)cscthetasectheta)^2.

(21)

The probability that it will lie on two or more is just

 P_(>=2)=1-P_1=1-(1-d/(2l)cscthetasectheta)^2.

(22)

For the game to be fair with two players betting on (1) a single tile or (2) two or more tiles, these quantities must be equal, which gives

 d=(2-sqrt(2))lcosthetasintheta.

(23)

As expected, this reduces to the square case for theta=pi/4.


REFERENCES:

Buffon, G. "Essai d'arithmétique morale." Histoire naturelle, générale er particulière, Supplément 4, 46-123, 1777.

Mathai, A. M. "The Clean Tile Problem." §1.1.1 in An Introduction to Geometrical Probability: Distributional Aspects with Applications. Taylor & Francis: pp. 2-5, 1999.

Solomon, H. Geometric Probability. Philadelphia, PA: SIAM, 1978.




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.