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Pregunta del Tripos Matemático de Cambridge - 1871

Esta es una pregunta del Tripos Matemático de Cambridge de 1871, copia escaneada añadida al final del post.

Un barco $A$ ve otro barco $B$ cuyo curso no se conoce. Dado que tienen la misma velocidad, demuestre que la probabilidad de que se acerquen a una distancia $d$ de cada uno es siempre $\frac{2sin^{-1}(\frac{d}{a})}{\pi}$ sin importar el curso de $A$ , siempre que se incline por $AB$ no es mayor que $cos^{-1}(\frac{d}{a})$ donde $AB=a$

Este es un resumen de mi método hasta ahora:

Primero construí un triángulo vectorial $ABC$ donde $C$ era la intersección de los cursos de $A$ y $B$ . En este triángulo denoté el ángulo entre $A$ y $AB$ como $\theta$ y $B$ y $AB$ como $\phi$ .

Luego utilicé la trigonometría para obtener una expresión para $d$ que posteriormente diferencié con respecto al tiempo y fijé como mínimo para poder obtener $t=\frac{b+c}{2v}$ donde $v$ es la velocidad de los barcos.

Usando esto obtuve $d=acos(\frac{\theta + \phi}{2})$ lo que implica $\phi=2cos^{-1}(\frac{d}{a})-\theta$

¿Podría alguien ayudarme a proceder y publicar una solución ellos mismos si tienen un método mejor?

También sería útil que me indicaran si es posible completarlo teniendo sólo conocimientos de matemáticas de bachillerato.

Scan of the question

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Gridley Quayle Puntos 732

Acabo de aprender sobre las integrales dobles y su aplicación en la probabilidad, así que creo que ya puedo terminar el problema.

Continuando desde donde llegué, la oportunidad sería:

$$\frac{\int^{cos^{-1}(\frac da)}_{-cos^{-1}(\frac da)} \int^{2\pi - \phi}_{\phi} \; d\theta d\phi}{\int^{cos^{-1}(\frac da)}_{-cos^{-1}(\frac da)} \int^{2\pi}_{0} \; d\theta d\phi} $$

Que es igual a:

$$\frac{2\int^{cos^{-1}(\frac da)}_{-cos^{-1}(\frac da)}(\pi - \phi) \; d\theta}{4\pi cos^{-1}(\frac da)}$$

Esto se traduce en:

$$\frac{\pi - 2cos^{-1}(\frac da)}{\pi}=\frac{2sin^{-1}(\frac da)}{\pi}$$

Creo que esto es correcto, ¿a alguien le importaría volver a comprobarlo o incluso mejor sugerir un método diferente si existe?

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