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確率・モンテカルロ

針を落とすと、なぜか π が出てくる

等間隔にひいた線の上に、線の間隔と同じ長さの針をたくさん落とします。 線をまたいだ針の割合を数えると、そこから円周率 π が求まります。18世紀の「ビュフォンの針」を再現しました。

なぜ針で π が分かるのか

線の間隔を d、針の長さを L(L ≦ d)とします。針を無造作に落としたとき、針が線をまたぐ確率は次の式になります。

またぐ確率 P = 2L / (πd)

この式を π について解くと、π = 2L / (Pd) です。確率 P は「またいだ針の数 ÷ 落とした針の数」で近似できるので、針をたくさん落とすほど π に近づきます。

このツールでは L = d(針の長さ=線の間隔)にしてあります。すると式は簡単になり、

π ≒ 2 × (落とした針の数)÷(またいだ針の数)

となります。これはランダムな試行を重ねて答えに近づける「モンテカルロ法」の代表例です。針の本数が少ないうちは値がふらつき、増えるほど安定して 3.14… に近づきます。

この問題について

1733年にビュフォン(Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon)が提起し、1777年の著作で扱った古典的な確率の問題です。後にラプラスが、これを使って π を実験的に求める方法として紹介しました。