解:
如图所示,不妨设圆半径为1(按单位圆考虑),圆心为O,圆内任取一点A,设|AO|=r。以A为圆心单位长度为半径另外做一个圆。两圆相交部分记为S_∩,圆O在圆A外面的区域记为S1。
在圆内另外取一点B(未在图上标出),欲使|AB|>R=1,需且只需点B落在区域S1内。
设|AO|=r的概率密度f1(当A在以O为圆心r为半径的一个小圆上时,都有|AO|=r,但概率为0,概率密度为f1=2πr/(πR^2)=2r,R=1)。
现求B点落在区域S1内的概率(等价于求S1的面积,此处把区域S1的面积仍旧记为S1)P2。
设圆A与圆O交于C、D两点,∠COD=2θ,其中cos θ=(r/2)/R=r/2,θ=arccos(r/2)。
两圆相交部分的面积可以看成两个扇形(分别以O、A为中心,张角2θ)的面积之和减去两个扇形重叠部分(一个菱形)的面积。
一个张角2θ的扇形面积为:2θ/(2π)*πR^2=θ;
菱形的面积为对角线长乘积的一般:r*2√[R^2-(r/2)^2]/2=r*√[4-r^2]/2,
故S_∩的面积为:2*θ-r*√[4-r^2]/2;
S1的面积为:πR^2-[2*θ-r*√[4-r^2]/2]=π-2θ+r*√[4-r^2]/2;
点B落在区域S1的概率为:P2=S1/(πR^2)=1-2θ/π+r*√[4-r^2]/(2π);
故两点距离大于半径的概率为:
P=∫P2*f1*dr (r=0 .. 1)
=∫[1-2θ/π+r*√[4-r^2]/(2π)]*2r*dr (r=0 .. 1)
=∫[1-2*arccos(r/2)/π+r*√[4-r^2]/(2π)]*2r*dr (r=0 .. 1)(θ=arccos(r/2))
=∫{2*r-4*r*arccos(r/2)/π+r^2*√[4-r^2]/π}*dr (r=0 .. 1)
通过数值积分算出结果为0.4134966716。
(在mpale中计算的命令为:evalf(Int(2*r-4*r*arccos((1/2)*r)/Pi+r^2*sqrt(4-r^2)/Pi, r = 0 .. 1)))
直接对被积函数积分的结果为:r^2-(4*((1/2)*r^2*arccos((1/2)*r)-(1/2)*r*sqrt(1-(1/4)*r^2)+arcsin((1/2)*r)))/Pi+(-(1/4)*r*(4-r^2)^(3/2)+(1/2)*r*sqrt(4-r^2)+2*arcsin((1/2)*r))/Pi。
符合条件的圆心角60°×2,一周360°
所以,概率为60°×2÷360°=1/3
呵呵
从A点到圆心的连线两侧圆心角不大于60°所对应的弧上任意一点,与A链接的弦长都不超过半径。
符合条件的圆心角60°×2,一周360°
概率为60°×2÷360°=1/3
大于半径的概率1-1/3=2/3
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