这个谜题涉及一个特殊的掷硬币游戏。问题是:
我掷硬币。如果是正面,我赢了比赛。如果是反面,那么我必须再翻一次,现在需要连续两个正面才能赢。如果在第二次投掷时,我得到了另一个反面而不是正面,那么我现在需要连续三个正面才能赢。相反,如果我在第二次掷骰子时得到一个正面(在第一次掷骰时翻转了一个反面),那么我仍然需要获得第二个正面才能连续两个正面并获胜,但是如果我的下一次掷骰儿是反面(这样就可以翻转反面-正面-反面)的话,我现在需要连续翻转三个正面才能获胜,依此类推。你抛的反面越多,要赢得这场比赛,你需要的人头越多。
我可能会翻转无数次,总是需要连续翻转N个头部才能获胜,其中N是T+1,T是累计抛出的尾部数。当我连续翻转所需数量的头部时,我赢了。
我赢得这场比赛的机会有多大?(计算机程序可以精确计算概率,但对于获胜概率,有没有更优雅的数学表达式?)
这是我的解决方案:
[显示解决方案]
解决方案简短但甜蜜。事实证明,更容易考虑失败的而不是获胜的可能性。让我们定义:
\[
P(t)=\text{给定我们刚刚翻转}t^\text{th}\text{Tail}的损失概率。
\]如果我们刚刚翻转了$t^\text{th}$Tail,那么如果我们连续翻转$t+1$Heads,我们将获胜(概率为$\frac{1}{2^{t+1}$)。否则,我们将翻转我们的$(t+1)^\text{st}$Tail,从那一点开始,我们将有$P(t+1$)损失的机会。数学上,
\[
P(t)=\left(1-\frac{1}{2^{t+1}}\right)P(t+1)
\]我们的目标是找到初始获胜概率,即1-P(0)$。很明显,$\lim_{t\to\infty}P(t)=1$,因为随着翻转尾巴数量的增加,我们获胜的可能性越来越小。迭代上述递归,我们得到
$\显示样式
\text{获胜概率}=1-\prod_{t=1}^\infty\left(1-\frac{1}{2^t}\right)
$
这个表达式经常出现,以至于有了自己的名字!这是一个特例欧拉函数(只是以Euler命名的许多事物之一),这本身就是q-手锤符号.
不幸的是,无法进一步简化无穷乘积,但很容易近似它。中奖概率约为0.711211904913美元……美元,因此约为71\%$。