SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  30
Télécharger pour lire hors ligne
Buffon’s needle:
fun and fundamentals
     Yanwei Wang
Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon
 (7 September 1707 – 16 April 1788)
Histoire Naturelle, Générale et Particulière
          (1749-88, 36 volumes)
Essai d’arithmétique morale
(or “Essay of moral arithmetic”)
The game of franc-carreau
 (The clean tile problem)
The game of franc-carreau
 (The clean tile problem)
The game of franc-carreau
 (The clean tile problem)
The clean tile problem represents the first
attempt towards computing probabilities
by using geometry instead of analysis.

        A.M. Mathai : An Introduction to Geometrical Probability: Distributional
               Aspects with Applications, Gordon and Breach, Newark, (1999).
The needle problem
• Ever helpful, Buffon points out that "On peut
  jouer ce jeu sur un damier avec une aiguille
  à coudre ou une épingle sans tête."
  (You can play this game on a checkerboard
  with a sewing-needle or a pin without a
  head.)
The probability that a needle (L<D) cut a line is

            2L
        P =
            πD
The solution required a geometrical (rather than combinatorial)
approach and was obtained by using integral calculus, for the
first time in the development of probability.
              A.M. Mathai : An Introduction to Geometrical Probability: Distributional
                     Aspects with Applications, Gordon and Breach, Newark, (1999).
The probability that a needle (L<D) cut a line is

                    2L
                P =
                    πD
Buffon's needle problem established the theoretical
basis for design-based methods to estimate the
total length and total surface area of non-classically
shaped objects.
The field is known as Stereology.
Proc Biol Sci. 2000 April 22; 267(1445): 765–770.
The probability that a needle (L<D) cut a line is

                    2L
                P =
                    πD
In 1812, Laplace suggested using Buffon’s needle
experiments to estimate π
The Monte Carlo Casino


Von Neumann chose the name "Monte Carlo".
The probability that a needle (L<D) cut a line is

                    2L
                P =
                    πD
In 1812, Laplace suggested using Buffon’s needle
experiments to estimate π



                  wrong!
An italian mathematician, Mario Lazzarini performed the
Buffon’s needle experiment in 1901. His needle was 2.5
cm long, and his parallel lines were separated by 3.0 cm
apart. He dropped the needle 3408 times and observed
1808 hits.

1808   2 2.5
     =
3408   π 3.0
       ˆ

    355
 π=
 ˆ      = 3.1415929...
    113
An italian mathematician, Mario Lazzarini performed the
Buffon’s needle experiment in 1901. His needle was 2.5
cm long, and his parallel lines were separated by 3.0 cm
apart. He dropped the needle 3408 times and observed
1808 hits.

1808   2 2.5
     =
3408   π 3.0
       ˆ

    355
 π=
 ˆ      = 3.1415929...
    113
 The Zu Chongzhi Pi rate, obtained
 around 480 using Liu Hui's algorithm
 applied to a 12288-gon                         Zu Chongzhi
                                                 (429–500)
What is the average number of needle-line crossings?
               This version was introduced by Émile Barbier (1839-1889) in 1870.
If L<D, the number of crossing in one throw can
either be 1 or 0 with probabilities P and 1-P.
The throws are Bernoulli trials.

                  2L
              P =
                  πD
When a needle is dropped at random T times, the
expected number of cuts is PT.
The Buffon Noodle Problem
Suppose the noodle is piecewise linear, i.e. consists
of N straight pieces. Let Xi be the number of times
the i-th piece crosses one of the parallel lines. These
random variables are not independent, but the
expectations are still additive.
E(X1+X2+···+XN)=E(X1)+E(X2)+···+E(XN)
       Ramaley, J. F. (1969). "Buffon's Noodle Problem". The American Mathematical Monthly
                                                              76 (8, October 1969): 916–918
When a noodle is dropped at random T times,
the expected number of cuts is PT.

                   2L
               P =
                   πD
where L is the contour length of the noodle.
Consider a circle with diameter, D, the same as
the grid spacing. The total length of the circle
(circumference) is π D. The expected number
of cuts per throw is then
                 2 πD
                      =2
                 π D
The Buffon-Laplace problem
Summary

• Mr. Buffon and his three classical problems
• Mr. Lazzarini’s lucky estimate of π
• The Buffon noodle problem
• Inspirations to our research

Contenu connexe

Tendances

ฮิสโทแกรม
ฮิสโทแกรมฮิสโทแกรม
ฮิสโทแกรมkrookay2012
 
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผล
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผลม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผล
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผลreaxe j
 
A Short History of the Cartesian Coordinates
A Short History of the Cartesian CoordinatesA Short History of the Cartesian Coordinates
A Short History of the Cartesian Coordinates4dlab_slides
 
Numerical Methods: curve fitting and interpolation
Numerical Methods: curve fitting and interpolationNumerical Methods: curve fitting and interpolation
Numerical Methods: curve fitting and interpolationNikolai Priezjev
 
18.azimuth ดวงอาทิตย์
18.azimuth  ดวงอาทิตย์18.azimuth  ดวงอาทิตย์
18.azimuth ดวงอาทิตย์Kasetsart University
 
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซต
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซตเอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซต
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซตพัน พัน
 
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manual
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manualQuantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manual
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manualSelina333
 
เศษส่วนพหุนาม
เศษส่วนพหุนามเศษส่วนพหุนาม
เศษส่วนพหุนามRitthinarongron School
 
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่ม
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่มฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่ม
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่มY'Yuyee Raksaya
 
ใบความรู้ เรื่องสถิติ
ใบความรู้ เรื่องสถิติใบความรู้ เรื่องสถิติ
ใบความรู้ เรื่องสถิติพัน พัน
 
เรื่องเศษส่วนพหุนาม
เรื่องเศษส่วนพหุนามเรื่องเศษส่วนพหุนาม
เรื่องเศษส่วนพหุนามพัน พัน
 
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐาน
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐานข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐาน
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐานsawed kodnara
 
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manual
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manualDigital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manual
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manualRamesh Sundar
 
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟ
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟ
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟFern Monwalee
 
01 หลักการของงานสำรวจ
01 หลักการของงานสำรวจ01 หลักการของงานสำรวจ
01 หลักการของงานสำรวจNut Seraphim
 
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014Nattakarn Namsawad
 

Tendances (20)

ฮิสโทแกรม
ฮิสโทแกรมฮิสโทแกรม
ฮิสโทแกรม
 
สรุปสูตรตรีโกณมิติ
สรุปสูตรตรีโกณมิติสรุปสูตรตรีโกณมิติ
สรุปสูตรตรีโกณมิติ
 
44 ตรีโกณมิติ ตอนที่1_อัตราส่วนตรีโกณมิติ
44 ตรีโกณมิติ ตอนที่1_อัตราส่วนตรีโกณมิติ44 ตรีโกณมิติ ตอนที่1_อัตราส่วนตรีโกณมิติ
44 ตรีโกณมิติ ตอนที่1_อัตราส่วนตรีโกณมิติ
 
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผล
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผลม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผล
ม.1 เตรียมความพร้อมการให้เหตุผล
 
A Short History of the Cartesian Coordinates
A Short History of the Cartesian CoordinatesA Short History of the Cartesian Coordinates
A Short History of the Cartesian Coordinates
 
Numerical Methods: curve fitting and interpolation
Numerical Methods: curve fitting and interpolationNumerical Methods: curve fitting and interpolation
Numerical Methods: curve fitting and interpolation
 
18.azimuth ดวงอาทิตย์
18.azimuth  ดวงอาทิตย์18.azimuth  ดวงอาทิตย์
18.azimuth ดวงอาทิตย์
 
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซต
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซตเอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซต
เอกสารประกอบการเรียนเรื่องเซต
 
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manual
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manualQuantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manual
Quantum mechanics 1st edition mc intyre solutions manual
 
เศษส่วนพหุนาม
เศษส่วนพหุนามเศษส่วนพหุนาม
เศษส่วนพหุนาม
 
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่ม
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่มฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่ม
ฟังก์ชันลดและฟังก์ชันเพิ่ม
 
Mech MA6351 tpde_notes
Mech MA6351 tpde_notes Mech MA6351 tpde_notes
Mech MA6351 tpde_notes
 
ใบความรู้ เรื่องสถิติ
ใบความรู้ เรื่องสถิติใบความรู้ เรื่องสถิติ
ใบความรู้ เรื่องสถิติ
 
Urban design in completely of Khon Kaen City
Urban design in completely of Khon Kaen CityUrban design in completely of Khon Kaen City
Urban design in completely of Khon Kaen City
 
เรื่องเศษส่วนพหุนาม
เรื่องเศษส่วนพหุนามเรื่องเศษส่วนพหุนาม
เรื่องเศษส่วนพหุนาม
 
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐาน
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐานข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐาน
ข้อสอบจุดประสงค์ เรื่องการหาพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติมาตรฐาน
 
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manual
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manualDigital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manual
Digital signal processing (2nd ed) (mitra) solution manual
 
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟ
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟ
ใบงานเรื่องคู่อันดับและกราฟ
 
01 หลักการของงานสำรวจ
01 หลักการของงานสำรวจ01 หลักการของงานสำรวจ
01 หลักการของงานสำรวจ
 
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014
ฟังก์ชันตรีโกณมติ 2014
 

Similaire à Buffon\'s needle: fun and fundamentals

Engr 371 final exam april 2010
Engr 371 final exam april 2010Engr 371 final exam april 2010
Engr 371 final exam april 2010amnesiann
 
Math Quiz-Final round with answer
Math Quiz-Final round with answerMath Quiz-Final round with answer
Math Quiz-Final round with answerEmam Khan
 
Math Quiz Final round with answer
Math Quiz Final round with answerMath Quiz Final round with answer
Math Quiz Final round with answerEmam Khan
 
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...shameel farhan
 
Fractales bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejos
Fractales   bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejosFractales   bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejos
Fractales bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejosFundacion Sicomoro
 
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.ppt
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.pptThe-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.ppt
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.pptrexzylpere01
 
Nimmy digital text book
Nimmy digital text bookNimmy digital text book
Nimmy digital text booknimmysajikumar
 
100 Combinatorics Problems (With Solutions)
100 Combinatorics Problems (With Solutions)100 Combinatorics Problems (With Solutions)
100 Combinatorics Problems (With Solutions)Courtney Esco
 

Similaire à Buffon\'s needle: fun and fundamentals (20)

Monte carlo
Monte carloMonte carlo
Monte carlo
 
Engr 371 final exam april 2010
Engr 371 final exam april 2010Engr 371 final exam april 2010
Engr 371 final exam april 2010
 
Math Quiz-Final round with answer
Math Quiz-Final round with answerMath Quiz-Final round with answer
Math Quiz-Final round with answer
 
Math Quiz Final round with answer
Math Quiz Final round with answerMath Quiz Final round with answer
Math Quiz Final round with answer
 
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...
A Review of Probability and its Applications Shameel Farhan new applied [Comp...
 
Imo 2011
Imo 2011 Imo 2011
Imo 2011
 
Imo2011 sl
Imo2011 slImo2011 sl
Imo2011 sl
 
invention of pi
invention of piinvention of pi
invention of pi
 
Fractales bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejos
Fractales   bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejosFractales   bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejos
Fractales bartolo luque - curso de introduccion sistemas complejos
 
Buffon's needle exercises
Buffon's needle exercisesBuffon's needle exercises
Buffon's needle exercises
 
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.ppt
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.pptThe-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.ppt
The-Poincare-Models-PACAPACGroup3Math21.ppt
 
Nimmy digital text book
Nimmy digital text bookNimmy digital text book
Nimmy digital text book
 
Lecture14n
Lecture14nLecture14n
Lecture14n
 
Saurav's spain paper regards, ajay mishra 324368521
Saurav's spain paper regards, ajay mishra 324368521Saurav's spain paper regards, ajay mishra 324368521
Saurav's spain paper regards, ajay mishra 324368521
 
Imo2013 sl
Imo2013 slImo2013 sl
Imo2013 sl
 
Problemas de Smale
Problemas de SmaleProblemas de Smale
Problemas de Smale
 
10.1.1.96.9176
10.1.1.96.917610.1.1.96.9176
10.1.1.96.9176
 
100 Combinatorics Problems (With Solutions)
100 Combinatorics Problems (With Solutions)100 Combinatorics Problems (With Solutions)
100 Combinatorics Problems (With Solutions)
 
Fano’s Geometry
Fano’s GeometryFano’s Geometry
Fano’s Geometry
 
Imo 2012
Imo 2012 Imo 2012
Imo 2012
 

Buffon\'s needle: fun and fundamentals

  • 1. Buffon’s needle: fun and fundamentals Yanwei Wang
  • 2. Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon (7 September 1707 – 16 April 1788)
  • 3. Histoire Naturelle, Générale et Particulière (1749-88, 36 volumes)
  • 4. Essai d’arithmétique morale (or “Essay of moral arithmetic”)
  • 5. The game of franc-carreau (The clean tile problem)
  • 6. The game of franc-carreau (The clean tile problem)
  • 7. The game of franc-carreau (The clean tile problem)
  • 8. The clean tile problem represents the first attempt towards computing probabilities by using geometry instead of analysis. A.M. Mathai : An Introduction to Geometrical Probability: Distributional Aspects with Applications, Gordon and Breach, Newark, (1999).
  • 10. • Ever helpful, Buffon points out that "On peut jouer ce jeu sur un damier avec une aiguille à coudre ou une épingle sans tête." (You can play this game on a checkerboard with a sewing-needle or a pin without a head.)
  • 11.
  • 12. The probability that a needle (L<D) cut a line is 2L P = πD The solution required a geometrical (rather than combinatorial) approach and was obtained by using integral calculus, for the first time in the development of probability. A.M. Mathai : An Introduction to Geometrical Probability: Distributional Aspects with Applications, Gordon and Breach, Newark, (1999).
  • 13. The probability that a needle (L<D) cut a line is 2L P = πD Buffon's needle problem established the theoretical basis for design-based methods to estimate the total length and total surface area of non-classically shaped objects. The field is known as Stereology.
  • 14. Proc Biol Sci. 2000 April 22; 267(1445): 765–770.
  • 15. The probability that a needle (L<D) cut a line is 2L P = πD In 1812, Laplace suggested using Buffon’s needle experiments to estimate π
  • 16. The Monte Carlo Casino Von Neumann chose the name "Monte Carlo".
  • 17. The probability that a needle (L<D) cut a line is 2L P = πD In 1812, Laplace suggested using Buffon’s needle experiments to estimate π wrong!
  • 18. An italian mathematician, Mario Lazzarini performed the Buffon’s needle experiment in 1901. His needle was 2.5 cm long, and his parallel lines were separated by 3.0 cm apart. He dropped the needle 3408 times and observed 1808 hits. 1808 2 2.5 = 3408 π 3.0 ˆ 355 π= ˆ = 3.1415929... 113
  • 19. An italian mathematician, Mario Lazzarini performed the Buffon’s needle experiment in 1901. His needle was 2.5 cm long, and his parallel lines were separated by 3.0 cm apart. He dropped the needle 3408 times and observed 1808 hits. 1808 2 2.5 = 3408 π 3.0 ˆ 355 π= ˆ = 3.1415929... 113 The Zu Chongzhi Pi rate, obtained around 480 using Liu Hui's algorithm applied to a 12288-gon Zu Chongzhi (429–500)
  • 20.
  • 21. What is the average number of needle-line crossings? This version was introduced by Émile Barbier (1839-1889) in 1870.
  • 22. If L<D, the number of crossing in one throw can either be 1 or 0 with probabilities P and 1-P. The throws are Bernoulli trials. 2L P = πD When a needle is dropped at random T times, the expected number of cuts is PT.
  • 23. The Buffon Noodle Problem
  • 24. Suppose the noodle is piecewise linear, i.e. consists of N straight pieces. Let Xi be the number of times the i-th piece crosses one of the parallel lines. These random variables are not independent, but the expectations are still additive. E(X1+X2+···+XN)=E(X1)+E(X2)+···+E(XN) Ramaley, J. F. (1969). "Buffon's Noodle Problem". The American Mathematical Monthly 76 (8, October 1969): 916–918
  • 25. When a noodle is dropped at random T times, the expected number of cuts is PT. 2L P = πD where L is the contour length of the noodle.
  • 26. Consider a circle with diameter, D, the same as the grid spacing. The total length of the circle (circumference) is π D. The expected number of cuts per throw is then 2 πD =2 π D
  • 27.
  • 29.
  • 30. Summary • Mr. Buffon and his three classical problems • Mr. Lazzarini’s lucky estimate of π • The Buffon noodle problem • Inspirations to our research