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ビュフォンの針

平行線の上に針を無作為に落とす。針の長さが線の間隔と等しいとき、線と交わる確率は 2/π になる。

解説

考え方

間隔 d の平行線を引いた面に、長さ l(l ≤ d)の針を無作為に落とす。針が線と交わる確率は 2l ÷(πd)。l = d なら 2/π ≒ 0.6366 なので、π ≒ 2 × 落とした本数 ÷ 交わった本数。

なぜそうなるか

針の位置は、中心から近い線までの距離 y(0 〜 d/2)と、線との角 θ(0 〜 π/2)で決まる。交わる条件は y ≤(l/2)sin θ。この条件を満たす範囲の割合を積分で求めると、2l ÷(πd)になる。

θ y (l/2) sin θ 長さ l の針 d
針の中心から近い線までの距離 y と、線との角 θ。y ≤ (l/2) sin θ のとき、針は線と交わる。

補足

18 世紀にビュフォンが提起した(1733 年)。幾何学的確率の、最も初期の問題のひとつ。

参考(Wikipedia)