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Distancia media de dos puntos en un cuadrado unitario

martes, 2 de noviembre de 2021

Distancia Media de dos puntos sobre la Circunferencia Unitaria

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Determinar la media (el promedio) de las distancias de dos puntos que se encuentran sobre la circunferencia de radio uno. 

f[t_] := {Cos[t], Sin[t]}
Graphics[{Circle[], 
  Table[{Hue[Cos[i]], 
    Line[{f[RandomReal[2 Pi]], f[RandomReal[2 Pi]]}]}, {i, 100}]}]



Considerando los puntos en coordenadas polares son de radio 1 y únicamente quedan determinados por su ángulo.

La distancia entre los puntos (Cos(t1),Sen(t1)) y (Cos(t2),Sen(t2)) es:


Simplify[Sqrt[(Cos[t1] - Cos[t2])^2 + (Sin[t1] - Sin[t2])^2]]


TrigReduce[%]


Como, t1 y t2 toman valores entre 0 y 2Pi, por la fórmula del valor medio tenemos:





4/π

Comprobándolo por medio de una simulación:
Para 100 líneas:

ss = 0; pro = {}; nn = 100; Do[t1 = RandomReal[2 Pi]; 
 t2 = RandomReal[2 Pi];
 ss = ss + Sqrt[2 - 2 Cos[t1 - t2]]; AppendTo[pro, ss/i], {i, nn}];
Show[Plot[4/Pi, {x, 0, nn}, PlotStyle -> Red, PlotRange -> {0, 1.5}, 
  PlotLabels -> "Expressions"], ListPlot[pro]]



Para 1000 líneas :



Para 100000 líneas :




Que se corresponde con los resultados teóricos.


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