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ホールケーキ,ナイフ2回で3等分

Last updated at Posted at 2023-11-17

問: 半径1のホールケーキを,ナイフを2回入れて3等分する。

答: 中心から上下(または左右)へ,約$\pm 0.265$離れた点を通り$x$軸($y$軸)に平行にカットする。

この解が適切かどうか,3分割された半月状の部分の面積をシミュレーションにより求めて,真値と比較検証する。

第1象限の一辺の長さ1の正方形内に二次元一様乱数$(x, y)$を$n$組発生させ,$(x, y)$が四分円内にあり,かつ,$y \gt y_{0}$ の点の割合が$\pi/3=1.0471975511965976$になることを確認する。

import numpy as np
n = 100000000
x = np.random.rand(n)
y = np.random.rand(n)
print(2*np.mean((x**2 + y**2 < 1)*(y > 0.26493208460277684)))
1.04728812

fig1.png

追記:上(下)の平行線はそのままで,下(上)の線はx軸に平行でなくてもよいね。そのとき,何らかの制約をつけないと解は無数にあることになるが。
もっとも,上だって平行線でなくてもよいけど,まあ,それは回転すればよいだけのこと。
更には,上の線は平行線として決めて,二本目は下半分をy軸で左右半々に切るとかその他の二等分法。

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