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例題 12 円周率の近似計算
右下の図のように,X座標とY座標に0~1の範囲の乱数を使って100個の点を打ち、半径1の円の 1/14 の
大きさの範囲に入るかを調べ,この結果から円周率を算出した。 次の問いに答えよ。
(1) このモデルは,確定的モデルか確率的モデルのどちらで表すことができるか答えよ。
(2) このように,シミュレーションに乱数を用いる方
法を何というか答えよ。
教 P123 (3) 図中のセルD2, セル E2, セル G2, セル H2 に
P101
は,次の数式が入力されている。
① (B2^2+C2^2)
0
セルD2
1,1,0)
=SUM (E2:E101)/ ③
セルE2 =IF(D2②
セルG2
セル H2 =G2* ④
このとき, 数式の 1~④に適当なものを入れよ。
C
A B
回 X座標 Y座標
1 0.223 0.678 0.713
2 0.626 0.912 1.106
3 0.873 0.105 0.879
解答 (1) 確率的モデル (2) モンテカルロ法
ベストフィット
DE
原点から円の内側
の距離かどうか
1
0
1
2
3
4
5
4 0.406 0.830 0.924
6
5 0.111 0.668 0.677
7
6 0.584 0.845 1.028
8
9
7 0.949 0.963 1.352]
8 0.778 0.750 1.081
90.692 0.511 0.860
10 0.169 0.236 0.290
11 0.828 0.539 0.988
10
11
12
13
14 13 0.537 0.952 _1.094
15 14 0.199 0.904 0.925
12 0.687 0.072 0.691
16 15 0.599 0.150 0.617
17 16 0.925 0.998 1.361
18 17 0.408 0.825 0.921
(2)
(3) ① SQRT
モンテカルロ法では, 乱数を使用してシミュレーションを行う。
<=
F
1.01
1
1 0.9
10.8
0
0.7
0
0 0.6
10.5
1
1
0.4
1 0.3
0 0.2
1
0.1
1
0 0.0
1
..
●●
● 8
•
G
円の内側
にいる確率
❤
9
●
O
●
●
1.
0.81
(③3) 100
●
a
18
類題 : 19
・
●
●
● b
C
9.
● ・・
H
円の面積
(円周率)
d
(4)
●
3.24
●
0.0 0.10.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
●
|解説|
(1) 100個の点のX座標とY座標には乱数(変動する要素)を使用しているため, 確率的モデルとなる。
(2) シミュレーションや数値計算に乱数を用いる手法をモンテカルロ法という。
(3) セルD2では,X座標とY座標の値から「原点からの距離」 を 「三平方の定理」を利用して求める。 セルE2 では,セル
D2で求めた 「原点からの距離」が1以下であれば,円の内側であると判定できるため, IF関数を使用して求める。 セル
G2 では,100個の点のうち, E列が1になっている値を合計し, 点の合計数で割ればよい。 セル H2では、円の面積で
ある 「半径×半径×」の式が入るが, 円の半径が1であること, πが 「点が円の内側にいる確率」になっていることから,
セル G2 の値をそのまま4倍(円の1の面積であるため)した値が、セル H2の円の面積(円周率)となる。
5
問題解決