Давайте подробно разберем задачу и найдем вероятность того, что случайное квадратное уравнение вида \( x^2 + bx + c = 0 \) имеет корни.
Шаг 1: Что нужно понять?
Для того, чтобы уравнение имело корни (причем — действительные), его дискриминант должен быть неотрицательным:
\[ D = b^2 - 4ac \]
В нашей задаче \( a = 1 \), поэтому формула упрощается до:
\[ D = b^2 - 4c \]
Чтобы уравнение имело действительные корни, необходимо:
\[ D \geq 0 \implies b^2 - 4c \geq 0 \]
или
\[ c \leq \frac{b^2}{4} \]
Шаг 2: Распределение случайных величин
- \( b \) выбирается равномерно из интервала \([-10, 10]\)
- \( c \) выбирается равномерно из интервала \([-10, 10]\)
Размеры интервалов: длина - 20 (от -10 до 10).
Область выбора \((b, c)\) — это квадрат со стороной 20 на 20 на координатной плоскости \([-10, 10] \times [-10, 10]\).
Шаг 3: Вычисляем области, соответствующие условию
Для каждого значения \( b \) нужно определить часть диапазона \( c \), при котором уравнение имеет корни:
\[ c \leq \frac{b^2}{4} \]
- Не забываем, что \( c \) ограничен диапазоном \([-10, 10]\).
- Если \(\frac{b^2}{4} \leq 10\), то условие — \( c \leq \frac{b^2}{4} \).
- Если \(\frac{b^2}{4} > 10\), значение \( c \leq 10 \), и условие выполняется для всех \( c \in [-10, 10] \).
Рассмотрим случайное значение \( b \) и определим долю допустимой области.
Шаг 4: Анализ по \( b \)
Когда \( \frac{b^2}{4} \leq 10 \): \[ b^2 \leq 40 \implies |b| \leq \sqrt{40} \approx 6.324 \]
В этом диапазоне, условие для \( c \):
\[ c \in [-10, \frac{b^2}{4}] \]
— часть интервала \([-10, 10]\).
Когда \( \frac{b^2}{4} > 10 \): \[ |b| > \sqrt{40} \]
В этом случае, весь диапазон \( c \in [-10, 10] \) удовлетворяет условию.
Шаг 5: Вычисление вероятности
Вероятность равна отношению площади допустимой области к общей площади квадрата \(20 \times 20\).
Для \( |b| \leq \sqrt{40} \):
\(b\) равномерно по \([-10, 10]\).
Для каждого \(b\) допустимая длина по \( c \):
\[ \text{длина} = \frac{b^2}{4} - (-10) = \frac{b^2}{4} + 10 \]
— потому что \(c\) варьируется от \(-10\) до \(\frac{b^2}{4}\).
Для \( |b| > \sqrt{40} \):
Длина по \( c \):
\[ 10 - (-10) = 20 \]
— весь диапазон.
Расчеты:
- \(b\) — равномерно по \([-10, 10]\).
- Используем интеграл для определения площади допустимой области:
\[ \text{Площадь} = \int_{b=-10}^{10} \text{длина по } c \, db \]
разделим по диапазонам:
\[ \text{Площадь} = \int_{b=-\sqrt{40}}^{\sqrt{40}} \left(\frac{b^2}{4} + 10\right) db + \int_{|b| > \sqrt{40}} \text{(длина по } c) db \]
Длина по \( c \) в втором случае — 20.
Т.к. функция симметрична относительно \(b\), воспользуемся симметрией:
\[ \text{Площадь} = 2 \times \int_{0}^{\sqrt{40}} \left(\frac{b^2}{4} + 10\right) db + 2 \times \int_{\sqrt{40}}^{10} 20 db \]
Общая площадь квадрата:
\[ A_{\text{всего}} = 20 \times 20 = 400 \]
Шаг 6: Вычисление интеграла
- Первый интеграл:
\[ I_1 = 2 \times \int_{0}^{\sqrt{40}} \left(\frac{b^2}{4} + 10\right) db \]
Рассмотрим:
\[ \int_{0}^{\sqrt{40}} \frac{b^2}{4} db + \int_{0}^{\sqrt{40}} 10 db \]
Вычислим по частям:
\[ \int_{0}^{\sqrt{40}} \frac{b^2}{4} db = \frac{1}{4} \times \frac{b^3}{3} \bigg|_0^{\sqrt{40}} = \frac{1}{12} \left(\sqrt{40}\right)^3 \]
\[ \left(\sqrt{40}\right)^3 = ( \sqrt{40} )^3 = (40^{1/2})^3 = 40^{3/2} = 40 \times \sqrt{40} \]
Аналогично:
\[ \int_{0}^{\sqrt{40}} 10 db = 10 \times \sqrt{40} \]
Общая сумма:
\[ I_1 = 2 \left[ \frac{1}{12} \times 40 \times \sqrt{40} + 10 \times \sqrt{40} \right] = 2 \left[ \frac{40 \sqrt{40}}{12} + 10 \sqrt{40} \right] \]
\[ = 2 \left[ \frac{10 \sqrt{40}}{3} + 10 \sqrt{40} \right] = 2 \left[ \frac{10 \sqrt{40} + 30 \sqrt{40}}{3} \right] = 2 \times \frac{40 \sqrt{40}}{3} = \frac{80 \sqrt{40}}{3} \]
- Второй интеграл:
\[ I_2 = 2 \times \int_{\sqrt{40}}^{10} 20 db = 2 \times 20 \times (10 - \sqrt{40}) = 40 (10 - \sqrt{40}) \]
Общая допустимая площадь:
\[ \text{Площадь допустимой области} = I_1 + I_2 = \frac{80 \sqrt{40}}{3} + 40 (10 - \sqrt{40}) \]
Теперь выражение для вероятности:
\[ P = \frac{\text{допустимая площадь}}{\text{общая площадь}} = \frac{\frac{80 \sqrt{40}}{3} + 40 (10 - \sqrt{40})}{400} \]
Эту формулу можно оставить в этом виде или приблизительно вычислить:
- \(\sqrt{40} \approx 6.3246\)
Подставим:
\[ \frac{80 \times 6.3246}{3} + 40 (10 - 6.3246) = \frac{80 \times 6.3246}{3} + 40 \times 3.6754 \]
\[ = \frac{506.368}{3} + 147.016 \approx 168.789 + 147.016 = 315.805 \]
Следовательно,
\[ P \approx \frac{315.805}{400} \approx 0.7895 \]
Ответ: приблизительно 0.79 или 79%.
Если нужно — можно дать более точное выражение, но основная идея и расчет уже показаны.