一、概率和賭博
1651年夏天,法國數(shù)學家、物理學家帕斯卡在前往浦埃托鎮(zhèn)的旅行途中,偶然遇到了梅累.梅累是一個貴族的公子哥兒,常常進出賭博場.為了消磨旅途的寂寞,他大談“賭博經(jīng)”,并提出了一個十分有趣的“分賭注”問題,向帕斯卡求教.問題是這樣的:
一次,梅累和賭友擲骰子,各押賭注32個金幣.梅累如果先擲出三次6點,或者賭友先擲出三次4點,就算贏了對方.賭博進行了一段時間,梅累已經(jīng)擲出兩次6點,賭友已經(jīng)擲出一次4點.這時候梅累接到通知,要他馬上去陪同國王接見外賓,賭博只好中斷了.
那么兩個人應該怎樣分這64個金幣才算合理呢?
那么,兩人到底誰說得對呢?
大家知道,帕斯卡是十七世紀有名的“神童”.據(jù)說,他還是一個小孩子的時候,就獨立證明了“三角形內(nèi)角和等于180”這個定理.16歲時發(fā)現(xiàn)了“帕斯卡六邊形定理”,并寫成論文,笛卡兒竟然懷疑其是帕斯卡父親的作品.
這時荷蘭的數(shù)學家惠更斯在巴黎聽到這件事情,也參加了他們的討論.最后惠更斯把它寫成一本書叫做《論賭博中的計算》(1657年).這就是有關概率論的最早的一部著作.可見,概率論產(chǎn)生于“賭博”.
二、概率和性別
一般人或許認為,生男生女的可能性是相等的,各占50%.事實并非如此.法國著名數(shù)學家拉普拉斯(1749-1827)在研究概率論的時候,得到了關于這方面一些有趣的結果.
拉普拉斯是一位十分尊重科學事實的科學家.拉普拉斯在1814年出版的《概率的哲學探討》一書中調(diào)查研究了生男生女的概率問題.他根據(jù)倫敦、彼得堡、柏林和全法國的統(tǒng)計資料,得出幾乎完全一致的男嬰出生數(shù)與女嬰出生數(shù)的比值:在10年間總是擺動在51.2(%):48.8(%)的左右.這就是說,男嬰出生數(shù)一般比女嬰出生數(shù)略高.他又統(tǒng)計了巴黎40年(1745-1784)的有關資料,卻得出了另一個比值51.02:48.98.
這一點微小的差異引起了他的注意:巴黎為什么與眾不同呢?
他百思不得其解,于是想到,會不會是出于其它因素的影響呢?后來經(jīng)過調(diào)查,發(fā)現(xiàn)巴黎附近地區(qū)“重女輕男”,有拋棄男嬰的惡俗,以致歪曲了出生率的真相.經(jīng)過修正之后,男女出生率仍然穩(wěn)定在51.2:48.8左右.這份事實雄辯地說明,在紛紜雜亂的大量偶然現(xiàn)象背后,隱藏著必然的規(guī)律.這種由“頻率穩(wěn)定性”導出的“大數(shù)定律”,正是整個概率論的基礎.
國內(nèi)外大量的人口統(tǒng)計資料說明,男嬰和女嬰出生數(shù)的比率是51.2:48.8左右.我國幾次人口普查的資料中,男嬰與女嬰出生數(shù)的比率也大致如此,1953年是51.2:48.8;1961年是51.3:48.7.
三、概率和π
1777年的一天,法國自然哲學家布豐(1707-1788)先生家里高朋滿座,熱鬧非凡.賓客們來此并不是為了赴宴,而是等待著一次有趣的試驗,布豐先生經(jīng)常搞點有趣的試驗給朋友們解悶.
只見七十高齡的布豐先生興致勃勃地拿出一張白紙,鋪在桌子上.白紙上畫滿了一條條距離相等的平行線.然后,他抓出一大把小針,每根小針的長度都是平行線間距離的一半.
布豐說:“請諸位把這些小針一根一根地往紙上隨便扔吧,妙事自然會出現(xiàn).”客人們不知他葫蘆里賣的什么藥,好奇地把小針一根根地往紙上亂扔.布豐在旁邊不停地記著數(shù).小針扔完了,把它收起來又扔.
最后,布豐宣布結果:
大家共投針2212次,其中與直線相交的有704次.用704去除2212,得數(shù)為3.142.他笑了笑說:“這就是圓周率π的近似值.”
眾賓客嘩然,大家有些丈二的金剛——摸不著頭腦:“圓周率π?這哪里和圓沾得上一點邊呀?”
布豐先生好像看透了眾人的心思,他斬釘截鐵地說:“諸位不用懷疑,這的確就是圓周率π的近似值.你們看,連圓規(guī)也不要,就可以求出π的值來.只要你有耐心,投擲的次數(shù)越多,求出的圓周率就越精確.”
布豐歇了歇氣,接著說:“其實根據(jù)的是或然率(概率)的原理.”
這就是數(shù)學史上有名的“投針試驗”.前面“概率和賭博”里講的擲骰子,是古典概率的數(shù)學模型,這里講的是幾何概率的典型例子.
后來不少人根據(jù)布豐先生創(chuàng)造的方法計算π值,其中,以1901年意大利人拉查里尼投針3408次,相交1808次,求得了π的6位準確小數(shù)3.1415929為最佳結果.不過,對拉查里尼這個結果,非議頗多.
隨著電子計算機的發(fā)展,人們已經(jīng)按照布豐的思路創(chuàng)立了一種很有用的新方法,叫做“蒙特卡洛方法”,并被廣泛應用于科學技術領域.
四、概率怪論
概率論的發(fā)展很快,到十九世紀末已經(jīng)在很多基礎學科和工程技術上顯露頭角,人們對它的興趣也越來越濃厚.和微積分的情形相似,起初,概率論的一些最基本的概念還沒有明確的定義,作為一個數(shù)學分支來說,它還缺乏嚴格的理論基礎,因此常常被人找到一些可鉆的空子.
貝特蘭(1822-1900)是法國著名的數(shù)學家,數(shù)論上有名的“貝特蘭猜想”就是他提出來的.他寫的樸學論著,很通俗易懂,常常是妙趣橫生.
在1889年出版的《概率的計算》這本書里,貝特蘭提出了一個非常有趣的“概率怪論”.設圓內(nèi)接等邊三角形的邊長為a .在圓上任作一弦,問其長度超過a的概率是多少?
這三種解答方法似乎都有道理,真是“公說公有理,婆說婆有理”,那么到底誰是對的呢?
細細推敲一下,三種解答方法的前提條件各不相同:第一種假設弦的端點在圓周上均勻分布;第二種假設弦的中點在直徑上均勻分布;第三種假設弦的中點在小圓內(nèi)均勻分布.
原來前提條件是各不相同的,才得出了三種不同的答案.
由此,數(shù)學家們開始了對概率基礎理論的研究.
1933年,前蘇聯(lián)數(shù)學家柯爾莫哥洛夫提出了概率論公理化結構,明確定義了概率的各種基本概念,使概率論成為嚴謹?shù)臄?shù)學分支,對之后概率論的迅速發(fā)展起到了積極作用.