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  • 【BZOJ5146】有趣的概率 概率+组合数(微积分)

    【BZOJ5146】有趣的概率

    Description

    "可爱的妹子就像有理数一样多,但是我们知道的,你在数轴上随便取一个点取到有理数的概率总是0,"芽衣在床上自顾自的说着这句充满哲理的话,"诶,柚子,我写完概率论的作业你就和我出去约会怎么样""好呀,但是你要做完才可以哦"柚子回答道,芽衣立刻从床上翻下来冲到了座位上,诶,就一道题啊,真好,题目是这样的:在一个圆上任取n个点,求由这n个点依次围成的凸n边形至少有一个锐角的概率是多少,芽衣急于和柚子去约会,当然没有心情想这一道题,于是她就来求助聪明的你啦。

    Input

    一个n,4<=N<=10000000000

    Output

    至少有一个锐角的概率,为了避免精度问题,对1e9+7取模

    Sample Input

    136865353

    Sample Output

    423626558

    题解:思路比较简单,过程比较复杂的数学题。首先本题有两种统计方法,一种的点是无标号的,另一种的点是有标号的,显然二者答案相等,但是无标号的比有标号的恶心多了。。。不过由于本人比较sb采用了无标号的方法,所以这里先讲我的做法:

    至少有一个锐角等价于存在一个点,他左右两个点之间夹的圆弧大于一个半圆。所以我们不妨设圆是由$S$个点组成的($S ightarrow infty$),那么我们先钦定一个角做锐角,再固定它左边的点不动,然后枚举剩下的那段圆弧的长度,便能得到某个角是锐角的概率:

    $p_1={sumlimits_{i=1}^{frac S 2}(S-i)C_i^{n-3} over C_S^{n-1}}$    ----(1)

    运用一点组合知识,便能将这个式子化简到这个形式:$p_1={nover 2^{n-1}}$。(如果你组合学得不好,本文最后会给出推导过程。)

    有n个点,所以概率再乘上n,但是我们好像忽视了一个情况:圆内一个凸多边形可能有两个锐角!

    所以我们把这个重复的部分去掉即可,由于两个锐角一定是相邻的,所以我们可以钦定某两个点是锐角,某对相邻的角全是锐角的概率是:

    $p_2={sumlimits_{i=1}^{frac S 2}(frac S 2-i)C_i^{n-2} over C_S^{n-1}}$    ----(2)

    推导过程类似,最后得到:$p_2=frac 1 {2^{n-2}}$

    所以最终答案就是:$(p_1-p_2)n=frac {n(n-2)} {2^{n-1}}$。

    如果用有标号的方法的话(Orz xqz),用微积分可以很快的解决问题(其实本质思想差不多),这里不给出式子了(其实是没学过)。

    代码就不贴了。。。

    推导过程↓↓↓

    先声明,在后面的式子中,某些变量趋近于无穷,因此我会舍弃它们后面的常数项。具体过程如下:

    首先解释(1),(2)式的含义。(1)式中,我们先固定了一个点A,然后选择了A在顺时针方向的后两个点B,C,接着枚举了剩下那段圆弧的长度i,其中B对应的角是锐角,i可以看作弧AC的长度。那么,B的位置可以在剩余S-i个点中任取,其余n-3个点可以在i个点中任取,所以就是$(S-i)C_i^{n-3}$。最后总方案数可以看成固定一个点,其余的点在S中任取,就是$C_S^{n-1}$。

    我们将分子的(S-i)拆开处理,然后将S提出来。首先有$sumlimits_{i=1}^m C_i^n=C_m^{n+1}$,因为这可以看成在m个物品中选n个,你枚举编号最大的那个物品的编号得到的结果。于是前一部分就变成$S imes C_{Sover 2}^{n-2}$。又因为$iC_i^n=(i+1)C_i^n=(n+1)C_i^{n+1}$,所以我们又可以套用前面的式子,那么后一部分就变成了$(n-2) imes C_{Sover 2}^{n-1}$。

    继续化简:${Scdot C_{Sover 2}^{n-2}-(n-2)C_{Sover 2}^{n-1}over C_S^{n-1}}\={{2cdot {Sover 2}({Sover 2})!over (n-2)!({Sover 2}-(n-2))!}-{(n-2)({Sover 2})!over (n-1)!({Sover 2}-(n-1))!}over{S!over (n-1)!(S-(n-1))!}}\={{2(n-1)({Sover 2})!over (n-1)!({Sover 2}-(n-1))!}-{(n-2)({Sover 2})!over (n-1)!({Sover 2}-(n-1))!}over{S!over (n-1)!(S-(n-1))!}}\={n({Sover 2}!)(S-(n-1))!over S!({Sover 2}-(n-1))!}\={nover 2^{n-1}}$

    (2)式中,我们先固定了固定了一个点a,然后选择它在顺时针方向的下一个点b,要求a顺时针到b的这条圆弧大于一个半圆,接着枚举b到a这段劣弧的长度i,那么b可以在${Sover 2}-i$个点里选,剩余的点可以在i个点里选,这样就能保证角a和角b都是锐角了。方案数是$({Sover 2}-i)C_i^{n-2}$。推导过程略。

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