¿Cuál será la probabilidad de formar un triángulo rectángulo si se eligen al azar tres puntos en la periferia de un círculo?

La probabilidad de un ángulo recto es cero. Una vez que haya elegido dos puntos, solo quedan dos lugares donde puede ir el tercer punto para formar un triángulo rectángulo. Mientras tanto, hay un continuo de posibilidades. El conjunto que forma un triángulo rectángulo tiene la medida cero.

En cuanto a agudo vs obtuso, depende un poco de lo que uno quiere decir al elegir al azar. Suponga que los tres puntos se eligen de una distribución uniforme de cero a dos pi, que corresponde al ángulo del punto en el borde del círculo. Trace los dos primeros puntos y considere el tercero. Si está dentro de la ventana discontinua de ancho [math] \ theta [/ math], tenemos un triángulo agudo.

De lo contrario, tenemos un triángulo obtuso.

La integración da

[matemáticas] P (agudo) = \ int_0 ^ {\ pi} \! \ frac {1} {\ pi} \ mathrm {d} \ theta \, \ frac {\ theta} {2 \ pi} = \ frac {1} {4} [/ math]

entonces las probabilidades son 1/4, 3/4, 0 en el orden agudo / obtuso / derecho.

Aquí hay otra forma de pensarlo:

Hay un famoso teorema en geometría elemental que si toma un diámetro de un círculo y otro punto en el borde del círculo, obtendrá un triángulo rectángulo. Lo contrario también es válido: si tiene un triángulo rectángulo, debe tener un diámetro allí. Cuando dibujas tres puntos al azar, es extremadamente improbable que obtengas un diámetro absolutamente perfecto. Este evento técnicamente tiene probabilidad cero.

Presumiblemente, la intención es que los tres puntos se elijan independientemente de una distribución “uniforme”, donde “uniforme” nos referimos a rotacionalmente invariante. [En realidad, esto es más fuerte de lo necesario para resolver este problema; Como veremos en un segundo, todo lo que realmente necesitamos además de la independencia es que A) cada punto tiene probabilidad 0 de aterrizar exactamente en cualquier lugar en particular, y B) la distribución de cada punto es invariante bajo una rotación de 180 grados. Pero ambos ciertamente se desprenden de la uniformidad.]

Dado un punto X en un círculo, usaré X ‘para referirme al punto diametralmente opuesto a X.

Si X, Y y Z son tres puntos en un círculo, tenga en cuenta que XYZ es agudo si y solo si X’YZ es obtuso en X ‘. Además, si XYZ es agudo, entonces también lo es X’Y’Z ‘(siendo simplemente XYZ girado 180 grados).

De ello se deduce que XYZ, X’YZ, XY’Z y XYZ ‘, precisamente uno es un triángulo agudo, uno es obtuso en el primer punto, uno es obtuso en el segundo punto y uno es obtuso en el tercer punto [ excepto en el caso degenerado donde algunos de estos triángulos tienen algunos de sus puntos coincidentes].

Si X, Y y Z aquí son nuestros puntos elegidos al azar, entonces, según nuestra condición B) anterior, estos cuatro triángulos tienen la misma distribución [y según nuestra condición A) anterior, la probabilidad de degeneración es 0]; en consecuencia, la probabilidad de un triángulo agudo es 1/4 y de un triángulo obtuso es 3/4 (dividido en una probabilidad 1/4 de ser obtuso en cada uno de los tres puntos elegidos).

Otros han demostrado que para que un triángulo inscrito sea agudo, el centro del círculo debe estar dentro del triángulo.
Ahora explico sin cálculo por qué la probabilidad de eso es 1/4

Dibuje el primer punto al azar, gire el círculo para que el punto esté en theta = 0 o en el eje x

Dibuja el segundo punto A al azar
Si cae en la mitad inferior, voltea el círculo para que esté en la mitad superior
llamar al ángulo desde 0: A
0 <= A <= pi

Dibuja el último punto que puede estar en cualquier parte del círculo. Esta vez mida su posición en sentido horario desde el eje x negativo
Llama a ese ángulo B
La mitad del tiempo B> pi que lo coloca en el mismo semicírculo (superior) que A y es obtuso
De las posibilidades restantes, si B> A, entonces el triángulo es obtuso.
Nota B y A ahora se distribuyen por igual en 0..pi
Entonces la posibilidad de esto es 1/2
Por lo tanto, la probabilidad de un triángulo agudo es 1/2 de 1/2, es decir, 1/4
La posibilidad de un triángulo rectángulo es infinitesimal, lo que significa que es posible, pero no sucederá en un tiempo finito.

Esto seguramente sería igual a 0 (cero).
para obtener una respuesta más detallada, vea esto: si se seleccionan tres puntos en un círculo, ¿cuál es la probabilidad de que formen un triángulo equilátero?

Cero, por supuesto.

Hay un número infinito de formas de hacerlo mal, y un número infinito más pequeño para hacerlo bien.