Bolyai WLOG

Bolyai WLOG

Hány oldalú Dobótestek léteznek?

2021. november 14. - mitlaendre

A dobótestek olyan testek, amelyek azonos valószínűséggel esnek bármelyik oldalukra. Ilyen pl. a dobókocka.
A legtöbb hétköznapi dobótest valamilyen szabályos test, de bármilyen más oldalszámra is létezik dobótest?

 Alapvetően a dobótestek között lehetnek olyanok, amelyek síklapokkal, és amelyek görbe felületekkel vannak határolva. Síklapokkal határolt dobótest csak legalább 4 oldalú dobótestekre lehetséges, hiszen 3 sík nem határol egy testet.


Nézzük meg először a görbe felületekkel határolt dobótesteket:

Egyoldalú dobótesteket alapvetően értelmetlen használni, de egy gömböt tekinthetünk annak.

Kétoldalú dobótest, ha vesszük két azonos méretű gömb nem triviális metszetét:

Kettőnél nagyobb, N oldalú dobótest könnyen létrehozható, ha veszünk egy 2*N oldalú bipiramist, és 2-2 oldalt a középélek lecsiszolásával egybevonunk:

 

Síklapokkal határolt dobótesteknél kicsit bonyolultabb a helyzetünk. 4 oldalú dobótest a tetraéder, amit előszeretettel használnak is néhány társasjátékban.

5 oldalú síklapokkal határolt dobótest is létezik:

Vegyünk egy szabályos háromszög alapú hasábot, és változtassuk a magasságát.
(Azt könnyű látni hogy téglalap alakú oldalakra esés valószínűsége mindig ugyanakkora, ahogy a háromszög alakú oldalakra eséseké is megegyezik.)
Ha a magasságot kicsire választjuk, akkor nagyobb lesz a valószínűsége hogy a háromszög alakú alapokra esik minthogy az oldalán álljon meg a dobótest. Míg ha a magasságot nagyon nagynak vesszük akkor nagyon ritkán fog a háromszögekre esni.
Folytonosság miatt lennie kell egy jó magasságnak, ahol minden oldalra ugyanakkora valószínűséggel esik.

 Ezt hasonlóan lehet alkalmazni bármilyen más szabályos sokszög alapú hasábra, ezért bármilyen N>3 -ra létezik síklapokkal határolt N oldalú dobótest. A konkrét magasságot azonban bonyolult meghatározni.

Hasonlóan, ha úgy szeretnénk 3 felületű dobótestet létrehozni, hogy egy hengert megfelelő magasságúnak választunk, az is nehezen meghatározható:

A valóságban nem is használnak ilyen dobótesteket. Sokkal egyszerűbb, ha szabályos testeket használnak dobótestek gyanánt, hiszen legtöbb játékban ezek elegendőek. 

A bejegyzés trackback címe:

https://bolyaiwlog.blog.hu/api/trackback/id/tr4116754614

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

phls 2021.11.16. 22:32:22

Érdekelne, hogy síklapokkal határolt testek esetén mitől függ az egy adott lapra való esés valószínűsége. Netán azzal a térszöggel arányos, amely "alatt" látjuk a súlypontból a lapot? – Köszönöm.

mitlaendre 2021.11.17. 20:09:51

@phls: A térszögekkel vett arány már a videóban is előkerült (gömbbe helyezték a hengert), de ott szignifikáns eltérést tapasztaltak a gyakorlatban kapott dobások száma, és az elméletben várt dobások száma közt.
Síklapokkal határolt testek esetén is ehhez hasonló becsléseket lehet tenni, de a tényleges magasság megtalálásának bizonyítására itt is statisztikai eszközöket kell alkalmaznunk, hiszen pontosan egy elmélet azon tulajdonságát szeretnénk vizsgálni, hogy mennyire jól modellezi a valós eseményeket.
Arra, hogy mi lehet a térszögnél jobb becslés, csak ötletek vannak.
Legjobban célravezető talán az lenne, ha egy N oldalú szabályos sokszög alapú hasábnál néznénk az oldalmetszetet.
(Mivel a hasáb magassággal párhuzamos, súlyponton áthaladó tengelyére való forgatás számunkra irreleváns. Hiszen két oldallap közötti esetleges átfordulás nem változtathat az eloszláson, hiszen azok mindenképpen egyenlő valószínűséggel rendelkeznek.)
Ekkor csak azt kell kiszámolnunk, hogy egy tetszőlegesen kiválasztott oldallapról milyen "valószínűséggel" vagyis mekkora energia kell ahhoz hogy egy oldallap felé, és mekkora energia kell ahhoz hogy az egyik N-szöglap felé forduljon át az adott test.
Ha ennek a két forduláshoz szükséges energiának az arányát jól ki tudjuk választani, akkor elviekben meg tudjuk határozni a kellő magasságot.
Az, hogy ez az elmélet mennyire működik a gyakorlatban, kísérletezés és statisztikai vizsgálat szükséges még.

phls 2021.11.18. 23:49:01

Köszönöm, ezen még van mit agyalni.
süti beállítások módosítása