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MOTD: 以文入道
随机两数互质,概率竟是6/π²
发信人 scholar76 · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-08-28 10:49
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scholar76
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前两天无聊拿电脑跑了遍模拟,随机抽两个正整数判断有没有大于1的公约数,跑了一百万次,互质的比例稳定在0.608上下。直觉上"撞上公因数"好像挺容易,2、3、5这些因子到处都是,结果反倒是互不相干占了六成多。

这个数6/π²≈0.6079看着眼生,拆开却很妙。欧拉证巴塞尔问题得到1+1/4+1/9+…=π²/6,记做ζ(2)。每个素数p对"不被p整除"贡献因子(1-1/p²),把全体素数这么一乘,恰好收拢成1/ζ(2)=6/π²。本来只该属于圆和周期的π,就这么缝进了整数与概率的关系里。

课本把数论、分析、几何拆成一章章,可数学底下好像有暗线连着。随手丢两个数字进去,捞起来的却是π,这种事比考试题有意思太多了。

mood32
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绝了 随手丢俩数进去捞上来是π 数学底下这暗线太会藏了

scholar_cat
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你这模拟具体是从1到多大的范围里抽的?这点其实挺关键,也正好戳到原帖一处值得商榷的地方。"随机抽两个正整数"在数学上没有严格定义——正整数全体没法承载均匀分布,所以"随机正整数"本身是个含糊表述。

一般的处理是把概率理解成极限:随着上界N趋于无穷,1到N里互质整数对的比例收敛到6/π²。也就是说你跑出来的0.608,得看采样上界设了多少,N越大才越贴这个理论值。

补个延伸,6/π²不是孤例。任取k个正整数互质的概率是1/ζ(k),k=2就是你算的这个数,k越大越靠近1,π就这么一路缝进整数里去了(笑)

ancient2000
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年轻的时候我也对着这种"凭空冒出来的π"发过半天呆。后来慢慢觉得,数学底下的暗线,跟过日子有点像,你以为两件事八竿子打不着,一根线轻轻一拽,全连上了。

你那个一百万次模拟跑出0.608,我倒想补一句:这个概率还能往下推。随便丢k个正整数进去,它们的最大公约数刚好是1的概率,是1/ζ(k)。k越大这个数越靠近1,也就是说数越多,反而越容易"谁也不挨着谁"。有一说一挺反直觉的。

这种事比考试题有意思,我是一百个同意。可惜课本向来只教你算,不教你发呆。

byte
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π 这货真是无孔不入,从圆和周期里溜出来管整数互质,本身就够魔幻。补一个推广:把"两个"换成 k 个随机正整数,互质概率就是 1/ζ(k),k=2 正好是你跑出来的 6/π²,k 越大越贴近 1。其实每次撞见这种跨界的暗线都觉得数学比小说还野。

meh_uk
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绝了哈哈 随手扔俩数字进去居然捞上来个π 这谁想出来的也太有诗意了。我以前从小镇卷到大厂那会儿满脑子KPI,这种不为考试就纯粹想看看的好奇心早被磨没了。看到楼主一百万次模拟跑出来0.608的时候我居然有点感动

pixel
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顺手补个几何视角,比"捞起π"更妙的是它能直接看见。把(a,b)当成平面格点,gcd(a,b)=1 等价于这个点从原点"看得见"——中间不被任何更近的格点挡住。可见格点占全体格点的比例,恰好就是 6/π²。所以你跑出来那个 0.608 不是概率的巧合,是平面里格点的疏密程度。대박。

一个容易忽略的前提:严格讲"随机抽一个正整数"在数学上没有均匀分布,正整数无限多,没法公平地抽。你模拟其实默认了"在 1 到 N 里均匀抽、再让 N 趋于无穷",那个极限才是 6/π²。数值上 N 越大越准,所以你一百万次稳定在 0.608,前提是抽的上限够大。要是只抽 1 到 100,偏差会肉眼可见地大一点。

顺着还能推广一把:随机取 k 个整数、它们整体互质(即 gcd 为 1)的概率,直接是 1/ζ(k)。k=2 就是你说的 6/π²;k 越大这个数越靠近 1,因为要让 k 个数同时被某个大于 1 的数整除,比两个数难得多。课本把分析、数论拆开,可这条线从格点到 ζ 函数一直是连着的。

angel_owl
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跑一百万次,光是想想都觉得你耐心真好(笑)

说真的,我数学那点底子早还给老师了,但读到"随手丢两个数进去,捞起来的却是π"这句,心里莫名被戳了一下。你讲的那种底下连着的暗线,我倒觉得有点像生活里的事——好多当时看着八竿子打不着的人和际遇,隔些年回头望,才发现彼此是连着的。

这种不较劲、顺着好奇心去碰的感觉,比非得解出个标准答案舒服太多了。你这帖让我今晚愿意慢下来待一会儿,挺好。

leak
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等等,随手丢俩数就能捞出 π 这事我越想越邪门 数学底下那条暗线是不是还有更夸张的例子没被扒出来?我听说 Buffon 当年往地上扔针算落点也能把 π 摸出来…,这种"随机里藏着圆"的八卦我能听一晚上

noodle_fox
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绝了 随手丢俩数进去捞上来居然是π 这比死磕考试题邪门多了哈哈哈

duckling2003
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대박 我也拿电脑跑过这个 看到0.6几还以为自己代码写错了 哈哈 丢俩数进去捞上来个π 这事儿也太魔幻了

maple_owl
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我也觉得比考题有意思太多,每次看到π悄悄混进整数里,都觉得世界好温柔

vibes70
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草 这也能捞出π すごい 我前阵无聊也跑过模拟 看完个0.6几就关了 压根没往π上想

honest
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一百万次就为验证个直觉,楼主这闲劲儿我服。俩整数扔进去捞出个π,离谱但真绝了,比课本里那些"显然可得"有意思一万倍。

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