2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки


Правила форума


Посмотреть правила форума



Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2, 3, 4  След.
 
 Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение13.03.2017, 21:50 


13/02/17

317
Varanasi
Заранее прошу прощения за ошибки, косноязычие и объемность текста.
Рассмотрим простейшую задачку на геометрическую вероятность:
На окружность брошены случайным образом 3 точки, найти вероятность их попадания в полуокружность.

Для каждой точки возьмем в трехмерном пространстве ось , и отметим на ней единичный отрезок, который будет символизировать окружность. Оси перпендикулярны. Куб единичного объема- это пространство всех возможных исходов. Отложим также на каждой из осей отрезок длины 0.5, если бы окружность в которую должны были попадать точки была фиксирована, то вероятность попадания в неё трех точек равнялась бы кубу со стороной 0.5 в пространстве состояний, что соответствовало бы $\frac{1}{8}$ от всего объема пространства состояний и соответственно вероятность попадания в фиксированную полуокружность 3-х брошеных случайным образом на окружность точек также равна $\frac{1}{8}$.

Но полуокружность не фиксирована. Как же решать задачу?
Попробуем переместить кубик со стороной $\frac{1}{2}$, символизирующий пространство благоприятгых исходов вдоль телесной диагонали единичного куба, символизирующего пространство всех исходов. Объем такой фигуры будет выражаться формулой: $3a^2-2a^3$, где a - часть окружности в которую должны попасть все 3 точки, в нашем случае $a=\frac{1}{2}$ и таким образом, объем полученной фигуры равен $\frac{5}{8}$, что уже близко к правильному ответу: $\frac{6}{8}=\frac{3}{4}$. Получается мы переместили наш "благоприятный кубик" и полученная его перемещением "благоприятная палочка" символизирует благоприятные исходы на любом отрезке из бесконечного множества отрезков окружности длинной 0.5, за исключением бесконечного множества отрезков, включающих нулевую точку. Теперь вынем из пространства состояний его большую диагональную ось, соединим её концы, замкнув её в окружность и переместим по ней наш "благоприятный кубик". Либо же деформируем нашу "благоприятную палочку" так, чтобы её максимально удаленные концы соединились в одной точке, при этом мы обнаружим, что для того, чтобы получилось кольцо, недостает объема ровно одного благоприятного кубика, который мы туда и вклеим.

Объем полученного кольца и является ответом нашей задачи. Т.е. пространство благоприятных исходов может обладать геометрией, может быть деформированным.
Теперь, рассматривая деформированное пространство благоприятных исходов, найдем вероятность попадания трех точек в треть окружности, в четверть, в десятую часть. Ответ как ни странно оказывается верным, рассмотрим аналогичную задачу для 2-х точек. Также правильный ответ.

Что это? Пространство благоприятных исходов может обладать не только объемом, но и геометрией или же это просто совпадение?

В гиперпространстве я не рискнул строить подобные объекты, поэтому не могу утверждать, что метод работает для количества точек более 3-х. Но, вероятно и в гиперпространстве должны быть аналогичные геометрические объекты, отражающие вероятность попадания в k-ю часть окружности любого количества брошенных случайным образом точек.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение13.03.2017, 21:59 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17973
Москва
Aether в сообщении #1200039 писал(а):
Куб единичного объема- это пространство всех возможных исходов.
Вообще-то, не куб, а трёхмерный тор.

Aether в сообщении #1200039 писал(а):
Пространство благоприятных исходов может обладать не только объемом, но и геометрией или же это просто совпадение?
Вы же рассматриваете геометрическую задачу. Так чему же удивляетесь?

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение13.03.2017, 22:06 


13/02/17

317
Varanasi
Someone в сообщении #1200043 писал(а):
Вы же рассматриваете геометрическую задачу. Так чему же удивляетесь?


Спасибо, просто как-то привычнее, что благоприятные исходы представляют собой объем без каких бы то ни было геометрических параметров, а тут на тебе - торы, кольца. Да, и как взять 3 взаимноперпендикулярные, замкнутые оси одинаковой длины на торе? Непонятно.
И выделить кольцо тоже непонятно как. А вот деформировать пространство благоприятных исходов, предварительно извлекая его из куба - попроще. И ответы верные.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение13.03.2017, 22:27 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17973
Москва
Ну, трёхмерный тор — это тот же куб, у которого "склеены" противоположные грани: выходя из куба через одну из граней, Вы тут же входите в него через соответствующую точку противоположной грани.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение13.03.2017, 22:42 


13/02/17

317
Varanasi
Получается, что решение каждой задачи на вероятность эквивалентно геометрическому образу в каком-то пространстве. Решения и задачи можно классифицировать по топологии и геометрии этих образов, абстрагируясь от условий. Т.е. решение такой задачи - это по сути отыскание объекта соответствующей топологии и геометрии. Теория вероятностей- это геометрия или сводима к ней? Это как-то дико осознавать.

-- 13.03.2017, 23:53 --

Someone в сообщении #1200055 писал(а):
Ну, трёхмерный тор — это тот же куб, у которого "склеены" противоположные грани: выходя из куба через одну из граней, Вы тут же входите в него через соответствующую точку противоположной грани.



Судя по задаче это не так иначе бы не добавлялся к "благоприятной палочке" дополнительный "благоприятный кубик", а просто "склеивались" грани. Получается что тор- нечто большее чем куб со "склеенными" гранями.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 00:10 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17973
Москва
Aether в сообщении #1200060 писал(а):
Получается, что решение каждой задачи на вероятность эквивалентно геометрическому образу в каком-то пространстве.
Вообще говоря, нет. Вероятность — это мера, а не топология и не геометрия. У Вас же с самого начала задана геометрия: окружность. А трёхмерный тор — это декартово произведение трёх окружностей. Вот отсюда и происходит ваша геометрия.

При большом желании, конечно, геометрическую интерпретацию можно всегда придумать, но она далеко не всегда будет полезной.

Aether в сообщении #1200060 писал(а):
Судя по задаче это не так иначе бы не добавлялся к "благоприятной палочке" дополнительный "благоприятный кубик", а просто "склеивались" грани. Получается что тор- нечто большее чем куб со "склеенными" гранями.
Вы, скорее всего, плохо представляете себе трёхмерный тор и неправильно интерпретируете собственные действия. Ничего к тору не надо добавлять, все построения происходят внутри него. Просто то, что из вашего куба "вылезает", надо отрезать и перенести внутрь на противоположный конец диагонали. По-моему, я об этом писал в предыдущем сообщении, хотя и другими словами:
Someone в сообщении #1200055 писал(а):
выходя из куба через одну из граней, Вы тут же входите в него через соответствующую точку противоположной грани.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 00:24 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


20/08/14
8077
Aether, в "змейку" играли когда-нибудь? Это компьютерная игра такая, ей чуть ли не полвека отроду. Там голова змеи, выползая за правый край экрана, моментально появляется с левого его края. Вот это тор и есть, только в данном случае двумерный, а в Вашей задаче - трехмерный.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 00:24 


13/02/17

317
Varanasi
Someone в сообщении #1200081 писал(а):
Вы, скорее всего, плохо представляете себе трёхмерный тор и неправильно интерпретируете собственные действия. Ничего к тору не надо добавлять, все построения происходят внутри него. Просто то, что из вашего куба "вылезает", надо отрезать и перенести внутрь на противоположный конец диагонали. По-моему, я об этом писал в предыдущем сообщении, хотя и другими словами: Someone в сообщении #1200055

писал(а):
выходя из куба через одну из граней, Вы тут же входите в него через соответствующую точку противоположной грани.


В том-то и дело, что "вылезающую" часть пространства благоприятных исходов не удается перенести на противоположный конец диагонали во внутреннюю часть, поскольку там уже всё занято. К тому-же если это сделать, то объем пространства благоприятных исходов уменьшится и мы не получим верного ответа. Если её куда-то и переносить внутрь, то в другое место, что из соображений симметрии не комильфо. Получается, что эту вылезающую часть следует оставить там где она есть и натянуть на неё тор, чтобы она была внутри, из чего можно сделать вывод, что тор не эквивалентен кубу со "склеенными" гранями.
Что Вы и сами подтвердили, заговорив об отрезаниях и переносах. Вероятно это упрощение для наглядности.

-- 14.03.2017, 01:29 --

Anton_Peplov в сообщении #1200084 писал(а):
Aether, в "змейку" играли когда-нибудь? Это компьютерная игра такая, ей чуть ли не полвека отроду. Там голова змеи, выползая за правый край экрана, моментально появляется с левого его края. Вот это тор и есть, только в данном случае двумерный, а в Вашей задаче - трехмерный.


Нет, не играл, но логика говорит, что то о чем Вы говорите- сильное упрощение тора для данного случая. Вернее, что Ваш пример не учитывает или не раскрывает тех обстоятельств, о которых здесь идет речь.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 01:00 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17973
Москва
Aether в сообщении #1200085 писал(а):
В том-то и дело, что "вылезающую" часть пространства благоприятных исходов не удается перенести на противоположный конец диагонали во внутреннюю часть, поскольку там уже всё занято.
Виноват, это я наврал. Правильно вот это:
Someone в сообщении #1200055 писал(а):
выходя из куба через одну из граней, Вы тут же входите в него через соответствующую точку противоположной грани.
Для двумерного случая получается вот такая картинка:
\begin{tikzpicture}
\fill[green](0,0)--(1,0)--(4,3)--(4,4)--(3,4)--(0,1)--cycle;
\fill[green](4,0)--(4,1)--(3,0)--cycle;
\fill[green](0,4)--(0,3)--(1,4)--cycle;
\fill[grey!30!white](1,0)--(3,0)--(4,1)--(4,3)--cycle;
\fill[grey!30!white](0,1)--(3,4)--(1,4)--(0,3)--cycle;
\draw(0,0)--(4,0)--(4,4)--(0,4)--cycle;
\draw(3,0)--(4,1);\draw(0,3)--(1,4);
\draw(1,0)--(4,3);\draw(0,1)--(3,4);
\draw[dotted](0,0)--(4,4);
\end{tikzpicture}

Aether в сообщении #1200085 писал(а):
из чего можно сделать вывод, что тор не эквивалентен кубу со "склеенными" гранями.
Что Вы и сами подтвердили, заговорив об отрезаниях и переносах. Вероятно это упрощение для наглядности.
Ещё раз: Вы плохо себе представляете происходящее, поэтому говорите чушь. Куб со склеенными противоположными гранями — это и есть трёхмерный тор. А квадрат со склеенными противоположными рёбрами — двумерный тор. Это, некоторым образом, относится к моей области профессиональных интересов, поэтому я это знаю точно. Постарайтесь разобраться.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 01:32 


13/02/17

317
Varanasi
Спасибо, постарался разобраться и согласен с Вами - куб со склееными противоположными гранями - это тор, токмо абстрактный, которого не существует в трехмерном евклидовом пространстве. Он не подходит на роль пространства состояний в данной задаче. Вернее подходит для невероятного случая, когда рассматривается вероятность попадания точек в бесконечномалую часть окружности, т.е. в точку.

И кстати, что Вы скажете по поводу выступающей части в решении? Как с ней быть? Я думаю, что для каждого из таких случаев должен существовать свой тор пространства состояний, отличный по геометрическим параметрам от других, но одного с ними объема.

Или может быть Вы уже склоняетесь к мнению, что представленное геометрическое решение- это вовсе не решение, а случайное совпадение или вовсе подгонка под ответ?

-- 14.03.2017, 02:50 --

Если всё же это решение, то возникает парадокс, заключающийся в том, что пространство состояний меняет свою форму в тот момент как только мы к нему прикоснулись и захотели рассмотреть какое-либо из подпространств благоприятных исходов, в зависимости от того, какой исход мы рассматриваем.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 02:28 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


23/07/05
17973
Москва
Aether в сообщении #1200101 писал(а):
Спасибо, постарался разобраться и согласен с Вами - куб со склееными противоположными гранями - это тор, токмо абстрактный, которого не существует в трехмерном евклидовом пространстве. Он не подходит на роль пространства состояний в данной задаче.
Как раз именно он и является множеством элементарных исходов.

Aether в сообщении #1200101 писал(а):
токмо абстрактный, которого не существует в трехмерном евклидовом пространстве.
А начхать. Вы ведь точки "бросаете" не на прямую, а на окружность, и множество элементарных исходов — это множество упорядоченных троек точек окружности, то есть, декартово произведение трёх окружностей, то есть, трёхмерный тор. А уж "влезает" ли он в $\mathbb R^3$ — никому не интересно. Но его, может быть, удобно изобразить в виде куба, мысленно отождествив противоположные грани.
Надо сказать, что трёхмерное евклидово пространство — нисколько не меньшая абстракция.

Кстати, двумерный-то рисунок Вы поняли?
Aether в сообщении #1200101 писал(а):
И кстати, что Вы скажете по поводу выступающей части в решении?
Я же объяснил: выступающая часть разрезается на части, которые переносятся внутрь к противоположным граням. Посмотрите на двумерный рисунок:
$\begin{tikzpicture}
\fill[green](0,0)--(1,0)--(4,3)--(4,4)--(3,4)--(0,1)--cycle;
\fill[green](4,0)--(4,1)--(3,0)--cycle;
\fill[green](0,4)--(0,3)--(1,4)--cycle;
\fill[grey!30!white](1,0)--(3,0)--(4,1)--(4,3)--cycle;
\fill[grey!30!white](0,1)--(3,4)--(1,4)--(0,3)--cycle;
\fill[green!30!white](4,4)--(3,4)--(4,5)--(4,4)--(5,4)--(4,3)--cycle;
\draw(0,0)--(4,0)--(4,4)--(0,4)--cycle;
\draw(3,0)--(4,1);\draw(0,3)--(1,4);
\draw(1,0)--(4,3);\draw(0,1)--(3,4);
\draw[dotted](0,0)--(4,4);
\draw(3.75,4.25)node{$1$};\draw(4.25,3.75)node{$2$};
\draw(3.75,0.25)node{$1$};\draw(0.25,3.75)node{$2$};
\end{tikzpicture}$

Aether в сообщении #1200101 писал(а):
Или может быть Вы уже склоняетесь к мнению, что представленное геометрическое решение- это вовсе не решение, а случайное совпадение или вовсе подгонка под ответ?
Я ваши вычисления не проверял.

Aether в сообщении #1200101 писал(а):
возникает парадокс, заключающийся в том, что пространство состояний меняет свою форму в тот момент как только мы к нему прикоснулись и захотели рассмотреть какое-либо из подпространств благоприятных исходов, в зависимости от того, какой исход мы рассматриваем.
Это, извините, похоже на бред. Пространство элементарных исходов, вообще говоря, мы выбираем сами, но, выбрав его, не можем его изменять в процессе решения.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 10:48 


13/02/17

317
Varanasi
Спасибо за подробный разбор полетов.

Someone в сообщении #1200117 писал(а):
Как раз именно он и является множеством элементарных исходов.


Да, он подходит для случая, когда рассматривается достоверное событие: Три точки, брошенные случайным образом на окружность, попадут на окружность и невероятное событие: эти же три точки попадут в точку окружности. В остальных случаях необходимо что-то отрезать и приклеивать.

Someone в сообщении #1200117 писал(а):
А начхать. Вы ведь точки "бросаете" не на прямую, а на окружность, и множество элементарных исходов — это множество упорядоченных троек точек окружности, то есть, декартово произведение трёх окружностей, то есть, трёхмерный тор. А уж "влезает" ли он в $\mathbb R^3$ — никому не интересно. Но его, может быть, удобно изобразить в виде куба, мысленно отождествив противоположные грани.
Надо сказать, что трёхмерное евклидово пространство — нисколько не меньшая абстракция.


Тем не менее, основная мысль такова, что пространство состояний должно быть симетрично в евклидовом пространстве(представлять собою реальный тор, а не его удобное изображение), а пространство благоприятных исходов должно быть симметрично в пространстве состояний. Если этой симетрии нет, то и говорить о вероятности события нет смысла, как в случае с достоверным событием: Три точки, брошенные случайным образом на окружность, попадут на окружность и невероятное событие: эти же три точки попадут в точку окружности.

Someone в сообщении #1200117 писал(а):
Я же объяснил: выступающая часть разрезается на части, которые переносятся внутрь к противоположным граням. Посмотрите на двумерный рисунок:




Скорее наоборот: углы квадрата отрезаются и переносятся на место выступающей части, а затем выступающая часть склеивается с лежащим по диагонали от неё углом - получается зеленое кольцо - пространство благоприятных исходов. Оставшаяся часть пространства состояний перераспределяется симметрично вокруг этого симетричного пространства благоприятных исходов. Только все эти отрезания весьма искусственны и нужны лишь для того, чтобы мы могли получить модель максимально правильно отражающую положение дел. В реальности эта модель уже существует до того как мы что-то отрезали, просто в силу своего несовершенства мы не можем её увидеть сразу, без отрезаний и приклеиваний.

Вы весьма осторожны в своих высказываниях:
Someone в сообщении #1200117 писал(а):
Я ваши вычисления не проверял.

Но Вы проверяете мои расуждения с помощью которых я получил ответ и можете сказать, правилен он или нет. Иначе дальнейшее обсуждение теряет смысл. Может быть мы обсуждаем случайное совпадение.

Someone в сообщении #1200117 писал(а):
Это, извините, похоже на бред. Пространство элементарных исходов, вообще говоря, мы выбираем сами, но, выбрав его, не можем его изменять в процессе решения.


Нет, пространство элементарных исходов зависит от задачи, как только мы её формулируем, то сразу же его задаем, а далее уже ищем его вид, приклеивая, отрезая, рассуждая. Мы выбираем лишь некоторое представление об этом пространстве, в данном случае куб со склееными гранями, а затем начинаем над ним думать, отрезать, приклеивать, трансформировать, получая заданное условием пространство и таким образом находим решение. Поменяли условие задачи и пространство благоприятных исходов - поменялось пространство элементарных исходов. ( Это я думаю, что так должно быть).

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 11:12 
Заслуженный участник


27/04/09
28128
Aether в сообщении #1200173 писал(а):
а не выбираем как вздумается
Вероятностные соотношения не изменяются при расширении вероятностного пространства, так что одну и ту же вероятностную ситуацию можно описать бесчисленным множеством неизоморфных вероятностных пространств, из которых мы можем выбрать любое, если нам вообще понадобится обращаться к этим «деталям реализации».

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 11:30 


14/05/12
15
Aether в сообщении #1200101 писал(а):
... то возникает парадокс, заключающийся в том, что пространство состояний меняет свою форму в тот момент как только мы к нему прикоснулись и захотели рассмотреть какое-либо из подпространств благоприятных исходов, в зависимости от того, какой исход мы рассматриваем.


Пространство исходов само по себе не имеет формы и следовательно не может её менять, это просто не упорядоченное множество.
Думаю вам будет полезен этот курс.

 Профиль  
                  
 
 Re: Геометрия пространства благоприятных исходов?
Сообщение14.03.2017, 11:31 


13/02/17

317
Varanasi
arseniiv в сообщении #1200178 писал(а):
Вероятностные соотношения не изменяются при расширении вероятностного пространства, так что одну и ту же вероятностную ситуацию можно описать бесчисленным множеством неизоморфных вероятностных пространств, из которых мы можем выбрать любое, если нам вообще понадобится обращаться к этим «деталям реализации».


Продвигаемая идея заключается в том, что решение получается именно из рассмотрения "деталей реализации", из самых общих соображений, что наталкивает на мысль о том, что среди множества неизоморфных вероятностных пространств, каждым из которых можно описать вероятностную ситуацию, существует лишь одно, являющееся действительно верным.

-- 14.03.2017, 12:34 --

CAB в сообщении #1200182 писал(а):
Пространство исходов само по себе не имеет формы и следовательно не может её менять, это просто не упорядоченное множество.


А как же тор, о котором говорил уважаемый Someone?

-- 14.03.2017, 12:37 --

Aether в сообщении #1200183 писал(а):
Думаю вам будет полезен этот курс
.


Спасибо, но к сожалению моя голова не особенно дружит с английским.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 49 ]  На страницу 1, 2, 3, 4  След.

Модераторы: Модераторы Математики, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Евгений Машеров


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group