مساله ۷۲. نقاط روی دایره ۲

ده تا نقطه را مستقل از هم و به طور تصادفی روی محیط دایرهای انتخاب میکنیم. احتمال اینکه همگی در یک نیمدایره بیفتند چقدره؟
(تصویر: خروجی هوشمصنوعی میدجورنی وقتی عبارت "persian probability" را وارد کردیم!)
لینک سوال در توویتر: https://x.com/Riazi_Cafe/status/1793501854611226677
پاسخ برابر با $\frac{10}{512}$، یعنی تقریبا $0.02$ است.
فرض کنید از $n$ برای نمایش تعداد نقاط استفاده کنیم (در این حالت $n=10$). اگر همه نقاط را بتوان با یک کمان نیم دایره پوشاند، نقطه رهبر مجموعه را نقطه ای تعریف می کنیم که اول از همه به ترتیب عقربه های ساعت پوشانده می شود. ما احتمالات مطلوب را به $n$ سناریوی جداگانه تقسیم می کنیم:
- نقطه ۱ رهبر است و تمام نقاط دیگر با یک کمان نیم دایره شروع از نقطه ۱ به ترتیب عقربه های ساعت پوشانده می شوند.
- نقطه ۲ رهبر است و تمام نقاط دیگر با یک کمان نیم دایره شروع از نقطه ۲ به ترتیب عقربه های ساعت پوشانده می شوند.
- ...
- نقطه $n$ رهبر است و تمام نقاط دیگر با یک کمان نیم دایره شروع از نقطه $n$ به ترتیب عقربه های ساعت پوشانده می شوند.
توجه داشته باشید که تمام سناریوهای داده شده در بالا جدا از هم هستند. علاوه بر این، احتمال وقوع هر سناریو دقیقاً برابر با $(1/2)^{n-1}$ است زیرا هر یک از نقاط غیر رهبر با احتمال $\frac{1}{2}$ روی کمان نیم دایره مربوطه قرار می گیرند. بنابراین، پاسخ مسئله برابر با
$$ n/2^{n-1} = 10/512 \simeq 0.02 $$