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遊び方と説明

点をばらまくと、円周率になる?

正方形の木箱に、ぴったり入る丸いお盆がはめこまれています。ふるいで豆をまき、お盆(円の内側)に乗った豆を数えて「内側 ÷ 全部 × 4」を計算すると、3.14… に近づいていきます。盤がいっぱいになると、豆は「内側」「外側」の2本の瓶へ。盤の向こうの計数器と瓶、左の黒板に注目。机の上の小物も、さわったり動かしたりできます。

この回の結果

豆をまき終わると、ここに結果が出ます。

どうして円周率になるの?

正方形の1辺を2、円の半径を1にすると、正方形の面積は4、円の面積は π です。 豆を盤のどこにでも同じように(でたらめに)まくと、円の内側に入る豆の割合は、面積の割合 π÷4 に近づきます。 だから「内側 ÷ 全部 × 4」を計算すると、円周率が見積もれます。

豆から計算すると…

π の見積もり—
π との差—
全部の豆0
円の内側0

円の内側の豆 ÷ 全部の豆 × 4 / 円周率 π は 3.14159265…

一気に置く

落とす演出をとばして、その数だけすぐ盤に置きます(位置は同じく乱数)。

3.14に近づいた?

点線は円周率、緑の線は豆から計算した値です。よこは豆の数(目盛りごとに10倍)、たては計算した値。金色の帯は「ふつうはこの中に入る」目安(だいたい95%)で、豆が増えるほど細くなります。

実験の記録

100・1000・1万・10万粒ちょうどの時点で自動記録。
豆の数 円の内側の数 π の推定値 π との差(誤差)
100粒———
1000粒———
1万粒———
10万粒———

TROPHIES 0 / 0

    トロフィーは、このブラウザに保存されます。

    モンテカルロ法とは?

    ランダムな(でたらめな)実験をたくさん繰り返して、答えを見積もる方法です。 1粒の豆がどこに落ちるかはまったく予測できないのに、たくさん集めると、内側に入る割合は決まった値(π÷4)に近づいていきます。 天気予報、薬の効き目の研究、コンピューターグラフィックスの光の計算など、いまも多くの場面で使われています。

    机の左にある「ビュフォンの針」も、偶然から π を見積もる方法です。線を引いた紙に、線の間かくと同じ長さの針を落とすと、針が線をまたぐ確率は 2÷π になります。

    使い方

    遊び方

    • まく:10粒・100粒・1000粒・ずっと から数をえらんで「まく」を押します。ふるいが下りてきて、豆がザーッと降ります。「ずっと」は、もう一度押すまでまきつづけ、だんだん速くなります。
    • はらう:盤と瓶の豆を片づけて、数も記録もはじめからにします。
    • お盆と箱と瓶:豆はどこに落ちても同じ豆です。お盆(紺のフェルト)に乗れば円の内側、箱の四隅(木の底)に乗れば外側。盤がいっぱいになると、お盆の豆は「内側」の瓶へ、四隅の豆は「外側」の瓶へ流れこみます。瓶は同じ太さなので、高さをくらべると内側と外側の数の比がわかります。瓶をクリック(タップ)すると、中の数が出ます。
    • 計数器と黒板:盤の向こうの計数器(ニキシー管)に「内側 ÷ 全部 × 4」の値が出ます。π と合っている桁は金色に光ります。左の黒板には、数と式と、値の変化のグラフが書かれます。
    • 視点を動かす:背景を横にドラッグすると回りこめます。上下にドラッグすると真上から見下ろしたり、机の下をのぞいたりできます(スマホは2本指で上下)。ピンチ、Ctrl(⌘)+ホイール、2本指で寄れます。背景をダブルクリック(ダブルタップ)すると元の視点に戻ります。
    • 机の上の小物:パイ・豆のびん・π の数字の紙・コンパス・定規・ビュフォンの針は、ドラッグで動かしたり、クリック(タップ)してちょっとした動きを見たりできます。部屋のあちこちに、ちょっとしたしかけもあります。
    • 詳しくモード:見積もりの値・π との差・収束のグラフ・記録の表を表示します。1万粒・10万粒を一気に置くこともできます。

    どうして円周率が出てくるの?

    盤(木箱)は1辺2の正方形で、ぴったり入る半径1の丸いお盆がはめこまれています。正方形の面積は 2×2=4、円の面積は π×1×1=π です。

    豆をでたらめにたくさんまくと、円の内側に入る豆の割合は、面積の割合(π÷4)に近づきます。そこで「円の内側の豆 ÷ 全部の豆 × 4」を計算すると、円周率を見積もれます。

    豆を100倍にすると、ずれ(誤差)はだいたい10分の1になります。10粒では±0.4くらいずれるのがふつうですが、1万粒なら±0.013くらいです。

    自由研究にするなら

    • 「詳しく」モードの記録の表で、豆の数と「π との差」を比べてみよう。差の+は円周率より大きい、−は小さいという意味です。
    • 表やグラフをスクリーンショットしたら、「はらう」でやり直そう。同じ数でも、結果は変わるかな?
    • 100粒を何回かまいて、結果のばらつきを1000粒のときと比べよう。1回の結果だけで決めつけないのがコツです。
    • ビュフォンの針でも π を見積もって、豆の方法とどちらが早く近づくか比べてみよう。

    計算はブラウザ内で行います。豆の数や記録は、ページを閉じると消えます(トロフィーと設定だけ、このブラウザに保存されます)。

    よくある質問

    豆を増やしたのに、3.14から遠ざかることもある?
    あります。豆の位置は毎回ランダムなので、計算した値は上がったり下がったりします。豆が多くなるほど大きなずれは起きにくくなりますが、毎回必ず近づくわけではありません。「詳しく」モードのグラフの金色の帯は、ふつうはこの中に入る(だいたい95%)という目安です。
    モンテカルロ法って何?
    ランダムな実験をたくさん繰り返して、答えを見積もる方法です。このページでは、まいた豆のうち円の内側に入る割合から、円周率を見積もっています。名前は、カジノで有名なモナコのモンテカルロにちなんでいます。
    豆の落ちる場所は、本当にでたらめ?
    はい。1粒ずつ、盤の上の位置(横と縦)を乱数で決めてから落としています。落ちるときの動きやはね方は見せ方だけで、着く位置は変えていません。円の内側に入りやすくするような誘導もしていません。
    盤がいっぱいになると、豆はどこへ行くの?
    盤の上が2000粒ほどになると、お盆(円の内側)の豆は「内側」の瓶へ、箱の四隅(外側)の豆は「外側」の瓶へ流しこみ、盤を空にして続けます。2本の瓶は同じ太さなので、中身の高さの比が、そのまま内側と外側の数の比です(だいたい 78.5 : 21.5)。とても速くまいているときは、盤を通さず直接瓶に入れることもあります。数えているのは、瓶の中もふくめた全部です。
    授業や自由研究に使ってもいい?
    はい。豆の数を変えて比べたり、同じ数で何度かやり直したりしてみてください。「詳しく」モードの表やグラフをスクリーンショットして、記録に使えます。
    3Dが表示されません。
    このページはWebGLという仕組みで3Dを描いています。古いブラウザや、WebGLが切ってある端末では表示できません。ブラウザを最新にするか、別の端末でお試しください。