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生活中的数学

 程穆泽 2020-02-28

在实际生活中随机找一个数,这个数是1开头的概率是多少呢?


正常人的回答估计都是1/9,我的第一反应也是1/9


但实际上这个概率是lg2,约为30.1%


我后面的反应是 怎么会这么高?数学是不是又在搞什么故弄玄虚?


但它确实是这样


这就是首位数定律,也叫本福特定律


它的数学表述为:在b进位制中,以数n起头的数出现的机率为㏒b(n+1)-㏒b(n)


在十进制中首位数出现的概率分别为:


1,30.1%


2,17.6%


3,12.5%


4,9.7%


5,7.9%


6,6.7%


7,5.8%


8,5.1%


9,4.6%


简单的解释是:从1数到10, 1 2 3 4 …… 10,以1开头的数字有2个,概率20%


从1数到20,1 2 3 …… 10 11 12 ……20,以1开头的数字有11个,概率55%


从1数到30,1 2 3 …… 30,以1开头的数字有11个,概率36.7%


……


从1数到100,以1开头的数字有12个,概率12%


……


法兰克·本福特通过计算得出以1开头的数字出现的概率为lg2,并总结出了上述规律。


严格的证明参见Hill, T. P. 'A Statistical Derivation of the Significant-Digit Law.' Stat. Sci. 10, 354-363, 1996.


它的适用范围异常的广泛,几乎所有日常生活中没有人为规则的统计数据都满足这个定律。比如说世界各国人口数量、各国国土面积、账本、物理化学常数、数学物理课本后面的答案、放射性半衰期等等。统计物理中的三个重要分布,Boltzmann-Gibbs分布,Bose-Einstein分布,Fermi-Dirac分布,也基本上满足这个定律。


这个定律有什么用呢?


一个非常著名的案例就是安然公司的造假案。2001年,美国最大的能源交易商安然公司宣布破产,并传出公司高层管理人员涉嫌做假账的传闻。据说安然高层改动过财务数据,因为他们所公布的2001-2002年每股盈利数据不符合本福特定律。

所以以后你们改实验数据、报假账什么的都要当心了

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