科學故事:機率論的產生

科學故事:概率論的產生

足球比賽:擲硬幣決定誰先開球

​我們生活在概率的時代。大家都知道,擲硬幣的話會出現正面或者背面的情況,但沒有人能夠預測到底會出現哪一面。解決這種不確定問題的數學理論就是概率理論。

1494 年意大利數學家帕西奧尼(1445-1509)出版了一本有關算術技術的書,書中敘述了這樣的一個問題:在一場賭博中,某一方先勝6 局便算贏家,在一次比賽中,甲方勝了4局,乙方勝了3局,因出現意外,賭局不得不被中斷,此時,賭金應該如何分配?

帕西奧尼的答案是:應當按照4:3的比例把賭金分給雙方,當時,許多人都認為帕西奧尼的分法不是那麼公平合理,因為,已勝了4局的甲方只要再勝2局就可以拿走全部的賭金,而乙方則需要勝3局,並且只少有2 局必須連勝,這樣要困難得多,但是,人們又找不到更好的解決方法。​

科學故事:概率論的產生

帕斯卡

​在這以後的 100 多年中, 先後有多位數學家研究過這個問題,但均未得到過正確的答案,直到1654年一位經驗豐富的法國賭徒默勒以自己的親身經歷向帕斯卡請教 “賭金分配問題”,引起了這位法國天才數學家的興趣,由此引導他深人研究,並與地處偏遠南方山區的費馬頻頻通信,他們分別用了自己的方法獨立而又正確地解決了這個問題。​

科學故事:概率論的產生

​費馬

​費馬的解法是,如果繼續賭局,最多隻要再賭4輪便可決出勝負,如果用“甲”表示甲方勝,用“乙”表示乙方勝,那麼最後4輪的結果,不外乎以下 16 種排列:​

科學故事:概率論的產生

在這16種情形種,甲只需再勝兩局便可贏得比賽,這樣的情形有11 種。而以需要贏得三局,才能贏得比賽,這樣的情形只有5種。所以賭金應該按照 11:5 的比例分配。帕斯卡解決這個問題則是用了他的“黃金三角形”,歐洲人常稱之為“帕斯卡三角形”。​

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​帕斯卡三角形

​帕斯卡利用這個三角形求從n件物品中一次取出 r 件的組合數,由上圖可知,三角形第五行上的數恰好是賭博問題,其中1是甲出現4 次的組合數,4是甲出現3次的組合數等等。因此賭金應按照11:5 的比例分配,這與費馬得到的結果是完全一致的。​

科學故事:概率論的產生

擲色子游戲

​人稱“數學怪傑”的意大利數學家卡爾達諾也曾專門探討過賭博中骰子出點的規律。據說,卡當參加過這樣的一種賭博:把兩顆骰子擲出去,以骰子朝上的點數之作為賭的內容。已知骰子的六個面上分別為1-6點,那麼,賭注下在多少點上最有利?卡當曾預言說押在7最好。事實上,兩個骰子朝上的面共有36種可能,點數之和分別可為2-12共11種,(如下圖): ​

科學故事:概率論的產生

​從圖中可以看出,7是最容易出現的和數,它出現的概率最高。

帕斯卡和費馬以“賭金分配問題”開始的通信形式討論,開創了概率論研究的先河。數學史家一般認為,正是這兩個法國人的通信,奠定了概率論這一數學分支的基礎。隨後,打賭的論證也進人到他最重要的散文著作《思想錄》,成為其中最長最有名的片段之一,他的出發點是,上帝要麼存在要麼不存在,這是一個與打賭一樣非此即彼的問題。​

科學故事:概率論的產生

荷蘭數學家惠更斯

​後來荷蘭數學家惠更斯(1629-1695)也參加了這場討論,並寫出了關於概率論的第一篇正式論文《賭博中的推理》。帕斯卡、費馬、惠更斯一起被譽為概率論的創始人。事至今日,概率論已經在各行各業中得到了廣泛的應用,發展成為一門極其重要的數學學科。


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