• 2016 年 ACM/ICPC 青岛区域赛 Problem C Pocky


    昨晚乱入学弟的训练赛,想了一下这个题。推导的过程中,加深了对公理化的概率论的理解。$ ewcommand{d}{mathop{}!mathrm{d}}$


    解法一

    考虑 $ d < L$ 的情形。
    egin{equation*}
    P(X = 1) = frac{d}{L}
    end{equation*}
    egin{align*}
    P(X = 2) &= int_0^{L - d} frac{d x}{L} frac{d}{L - x} \
    &= frac{d}{L}lnfrac{L}{d}
    end{align*}
    egin{align*}
    P(X = 3) &= int_{0}^{L-d}frac{d x}{L}int_{0}^{L-x-d}frac{d y}{L-x}frac{d}{L-x-y} \
    &= int_{0}^{L-d} frac{d x}{L} frac{d}{L - x} ln frac{L - x}{d} \
    &= frac{d}{L}frac{1}{2}ln^2frac{L}{d}
    end{align*}
    egin{align}
    P(X = 4) &= int_0^{L - d}frac{d x}{L} int_0^{L - x - d} frac{d y}{L-x}int_0^{L-x-y-d}frac{d z}{L - x -y}frac{d}{L - x - y - z} otag\
    &= int_0^{L - d}frac{d x}{L} int_0^{L - x - d} frac{d y}{L-x} frac{d}{L - x -y} ln frac{L - x -y}{d} otag\
    &= int_0^{L - d}frac{d x}{L} frac{d}{L-x}frac{1}{2}ln^2frac{L-x}{d} label{Int:1}
    end{align}
    令 $u = frac{L-x}{d}$ ,则 $d x = -dd u$ ,有
    egin{align*}
    eqref{Int:1} &= int_1^frac Ldfrac dLfrac{d u}{u}frac 12ln^2u \
    &= int_1^frac Ldfrac dLfrac 16dln^3u \
    &= frac 16frac dLln^3frac Ld
    end{align*}
    不难推出
    egin{equation*}
    P(X = n) = frac dLfrac1{(n-1)!}ln^{n-1}frac Ld
    end{equation*}
    所以
    egin{align*}
    E(X) &= sum_{ n ge 1 } n P(X=n) \
    &= frac dL sum_{n ge 1} frac n{(n-1)!}ln^{n-1}frac Ld \
    &= frac dL sum_{n ge 0} frac{n+1}{n!} ln^nfrac Ld \
    &= frac dL (lnfrac Ld + 1) mathrm{e}^{lnfrac Ld} \
    &= lnfrac Ld + 1
    end{align*}
    上式中的求和用到了 $(x+1)mathrm{e}^x$ 的 Maclaurin 展开:
    egin{equation*}
    (x+1)mathrm{e}^x = sum_{nge 0} frac{n + 1}{n!} x^n
    end{equation*}

    解法二

    用 $f(x)$ 表示绳长为 $x$ 时切割次数的期望,则有
    $$
    f(x) =
    egin{cases}
    0, && ext{if $xle d$;} \
    1 + int_0^x frac{dy}{x}f(y), && ext{otherwise.}
    end{cases}
    $$
    考虑 $x>d$ 的情形,此时有
    egin{align}
    f(x) &= 1 + int_0^x frac{d y}{x}f(y) otag\
    &= 1 + int_0^d frac{d y}{x}f(y) + int_d^x frac{d y}{x}f(y) otag\
    &= 1 + int_d^x frac{d y}{x}f(y) label{Int:2}
    end{align}
    对 eqref{Int:2} 式两边求导,得
    egin{align*}
    f'(x) &= frac{f(x)}x - frac1{x2}int_dxd yf(y) \
    &= frac{f(x)}x - frac1x(f(x) -1) \
    &= frac1x
    end{align*}
    又 $limlimits_{x o d^+} f(x) = 1 $,得 $$ f(x) = ln x + 1 - ln d $$


    解法二来自 Huo Chen

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/Patt/p/7712248.html
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