题目
9.[填空题]在区间[0,L]之间随机地投两点,则两点间距离小于(L)/(2)的概率为(( ))/(4)
9.[填空题]
在区间[0,L]之间随机地投两点,则两点间距离小于$\frac{L}{2}$的概率为$\frac{( )}{4}$
题目解答
答案
设两点为 $X$ 和 $Y$,在正方形 $[0, L] \times [0, L]$ 中表示。两点间距离小于 $\frac{L}{2}$ 的条件为 $|X - Y| < \frac{L}{2}$,对应正方形内带状区域。
该区域面积为正方形面积减去两个直角三角形面积(每个三角形面积为 $\frac{L^2}{8}$),即:
\[
\text{带状区域面积} = L^2 - 2 \times \frac{L^2}{8} = \frac{3L^2}{4}
\]
概率为带状区域面积除以正方形面积:
\[
\text{概率} = \frac{\frac{3L^2}{4}}{L^2} = \frac{3}{4}
\]
题目要求概率为 $\frac{(\ )}{4}$,故括号中填 $3$。
**答案:** $\boxed{3}$
解析
考查要点:本题主要考查几何概率模型的应用,涉及二维均匀分布的概率计算。
解题核心思路:
将问题转化为几何区域面积的比值。在区间$[0, L]$上随机取两点$X$和$Y$,所有可能的组合对应边长为$L$的正方形区域。满足$|X - Y| < \frac{L}{2}$的区域是正方形中围绕对角线的带状区域,计算该区域面积占总面积的比例即可得到概率。
破题关键点:
- 几何模型建立:用正方形$[0, L] \times [0, L]$表示所有可能的点对$(X, Y)$。
- 条件区域划分:$|X - Y| < \frac{L}{2}$对应的区域是带宽为$\frac{L}{2}$的带状区域,其面积可通过总面积减去两个三角形面积得到。
- 对称性简化:利用对称性快速计算不满足条件的三角形面积,避免直接积分。
设两点为$X$和$Y$,在正方形$[0, L] \times [0, L]$中表示。两点间距离小于$\frac{L}{2}$的条件为$|X - Y| < \frac{L}{2}$,对应正方形内带状区域。
-
总面积计算:
正方形面积为$L \times L = L^2$。 -
不满足条件的区域面积:
- 当$X - Y \geq \frac{L}{2}$时,$X$的取值范围为$[\frac{L}{2}, L]$,对应的$Y$范围为$[0, X - \frac{L}{2}]$,形成一个直角三角形,面积为$\frac{1}{2} \cdot \frac{L}{2} \cdot \frac{L}{2} = \frac{L^2}{8}$。
- 当$Y - X \geq \frac{L}{2}$时,同理形成另一个面积为$\frac{L^2}{8}$的三角形。
- 两个三角形总面积为$2 \times \frac{L^2}{8} = \frac{L^2}{4}$。
-
满足条件的区域面积:
带状区域面积为总面积减去两个三角形面积:
$L^2 - \frac{L^2}{4} = \frac{3L^2}{4}.$ -
概率计算:
概率为带状区域面积占总面积的比例:
$\frac{\frac{3L^2}{4}}{L^2} = \frac{3}{4}.$
因此,题目中括号内应填$\boxed{3}$。