高中数学32数学探究活动生日悖论

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知识点:

[引言]版的高中数学教材中,设置了大量新颖的数学探究活动。拟对此进行专项整理,供同学们选用。

[什么是生日悖论]在选择性必修的第二册中引入了“生日悖论”的数学探究活动,其简介如下:

下面,我们来简单的证明有关结论。

[为什么23人时“同生缘”的概率超过50%]为了简单起见,这里假设一年为天,不考虑闰年和闰月的情况。

假设一组人群中有n个人,其中n≥2。要计算生日都不相同的概率则有:第一个人的生日是选,第二个人的生日是选,……,依次类推,第n个人的生日是选-n+1。因此生日各不相同的概率为,

利用近似计算公式,

令N=,将上式整理得,

又根据两个重要极限中的第二个,

变形得,

从而有,

于是,生日相同的概率为,

若要P>0.5,则有

两边取对数,

将N=代入,并注意到ln2≈0.。于是有

将右边的值稍微放大,取整数为。即

解得n≥23,即只要23个人就可以保证“同生缘”的概率大于50%。

[“同生缘”的概率值表和图像表示]当n取其他值时,生日相同的概率近似值如下表所示:

n

11

12

13

14

15

P

13.99

16.54

19.24

22.07

25

n

16

17

18

19

20

P

28.02

31.11

34.24

37.41

40.58

n

21

22

23

24

25

P

43.75

46.89

50

53.05

56.04

n

26

27

28

29

30

P

58.95

61.77

64.5

67.12

69.63

n

31

32

33

34

35

P

72.03

74.31

76.46

78.5

80.41

n

36

37

38

39

40

P

82.2

83.87

85.43

86.87

88.2

n

41

42

43

44

45

P

89.42

90.55

91.58

92.51

93.36

n

46

47

48

49

50

P

94.13

94.83

95.45

96.01

96.51

n

51

52

53

54

55

P

96.96

97.36

97.71

98.02

98.29

n

56

57

58

59

60

P

98.53

98.74

98.92

99.08

99.22

函数的图像如图所示。

需要指出的是,由于采用近似公式进行计算,概率值与精确值有差异。例如,教材中指出,人数达到41人时,“同生缘”的概率超过90%。上表的数据,在人数超过42时,概率超过90%。即

由于!这个数的数值很大,直接计算会导致结果溢出,所以需要编制计算机程序,每次乘以n/,结果如图所示。

[生日“悖论”的验证]教材中采用了年世界杯球员的数据进行了验证。年6月恰逢由于疫情推迟举办的欧洲杯,结果如下:

组别

国家

同生缘对数

是否同生缘

A组

意大利

1

1

土耳其

3

1

瑞士

1

1

威尔士

0

0

B组

比利时

1

1

丹麦

2

1

俄罗斯

2

1

芬兰

1

1

C组

荷兰

1

1

乌克兰

1

1

奥地利

0

0

北马其顿

4

1

D组

英格兰

2

1

克罗地亚

1

1

捷克

0

0

苏格兰

0

0

E组

瑞典

0

0

西班牙

0

0

斯洛伐克

1

1

波兰

4

1

F组

德国

1

1

法国

2

1

葡萄牙

2

1

匈牙利

2

1

合计

32

18

本届欧洲杯共有24支球队参赛,共分为6个小组。出于防疫的考虑,每队在23人的基础上,可以增加3人随队,但是每场比赛只能有23人报名参赛。

从统计结果可以看出,即使只考虑队内的情况,不考虑各队之间交叉相同的情况,本届欧洲杯生日相同的人员对数也远超预期。24支球队,共有18支球队至少有两人生日相同,即同生缘的概率高达75%。

[后记]本届欧洲杯,各队队内生日相同的人员名单,如下表所示:

序号

所属国家

号码

出生日期

中文姓名

1

意大利

8

/12/20

若日尼奥

9

/12/20

安德烈?贝洛蒂

2

土耳其

3

/3/5

梅里赫?德米拉尔

9

/3/5

凯南?卡拉曼

3

土耳其

18

/5/21

里德万?伊尔马兹

8

/5/21

多鲁克汗?托科兹

4

土耳其

21

/7/15

卡赫维奇

17

/7/15

布拉克?伊尔马兹

5

瑞士

8

/4/15

雷莫?弗罗伊勒

20

/4/15

艾迪米尔森?费尔南德斯

6

比利时

18

/6/28

杰森?德纳耶尔

7

/6/28

德布劳内

7

丹麦

2

/5/31

约阿希姆?安德森

18

/5/31

丹尼尔?瓦斯

8

丹麦

5

/5/20

乔金?迈赫勒

7

/5/20

罗伯特?斯科夫

9

俄罗斯

7

/11/5

马戈梅德?奥斯多耶夫

24

/11/5

罗曼?叶夫根耶夫

10

俄罗斯

20

/2/18

阿勒克塞?约诺夫

25

/2/18

丹尼斯?马卡罗夫

11

芬兰

11

/6/18

拉斯穆斯?舒勒

26

/6/18

马库斯?福斯

12

荷兰

22

/

登泽尔?邓弗里斯

20

/4/18

范德贝克

13

乌克兰

13

/9/1

伊利亚?扎巴尼

3

/9/1

赫尔希?苏达科夫

14

北马其顿

12

/9/5

R?扬科夫

9

/9/5

A?特拉伊科夫斯基

15

北马其顿

3

/2/10

J?扎伊科夫

23

/2/10

M?拉德斯基

16

北马其顿

8

/2/12

E?阿列奥斯基

13

/2/12

S?里斯托夫斯基

17

北马其顿

24

/2/20

D?阿夫拉莫夫斯基

19

/2/20

K?维尔科斯基

18

英格兰

23

/3/25

萨姆?约翰斯通

17

/3/16

杰登?桑乔

19

英格兰

2

/5/28

凯尔?沃克

5

/5/28

约翰?斯通斯

20

/5/28

菲尔?福登

20

克罗地亚

16

/6/19

什科里奇

9

/4/18

安德烈?克拉马里奇

21

斯洛伐克

16

/12/13

大卫?汉茨科

23

/12/13

马雷克?罗达克

22

波兰

19

/4/12

P?佛兰科尔瓦斯基

5

/4/12

J?贝德纳雷克

23

波兰

11

/1/23

K?斯韦德尔斯基

26

/1/23

普沙奇

24

波兰

20

/5/20

P?泽林斯基

3

/5/20

P?达维多维奇

25

波兰

22

/4/18

卢卡什?法比安斯基

1

/4/18

沃伊切赫?什琴斯尼

26

德国

13

/7/14

乔纳斯?霍夫曼

10

/7/14

塞尔日?格纳布里

27

法国

2

/3/28

本杰明?帕瓦尔

16

/3/28

史蒂夫?曼丹达

28

法国

25

/11/12

朱尔斯?孔德

8

/11/12

托马斯?勒马尔

29

葡萄牙

6

/12/22

丰特

5

/12/22

拉斐尔?格雷多

30

葡萄牙

8

/9/8

若奥?穆蒂尼奥

11

/9/8

布鲁诺?费尔南德斯

31

匈牙利

7

/1/15

卢瓦克?内戈

10

/1/15

托马斯?切利

32

匈牙利

24

/9/27

绍博尔奇?舍恩

22

/9/27

亚当?博格丹

最后感概一下,由于近年来娱乐形式的多样化,所以足球的受众大幅度下降。因此本届欧洲杯没有人专门整理球员的详细信息,欧足联的



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