往哪射?点球⼤战最佳瞄准点!

作者: 中科院物理所

来源: HiMCM

发布日期: 2022-12-21 11:56:42

本文通过分析2022年塔尔世界杯决赛中的点球大战,探讨了点球大战中最佳瞄准位置的问题。通过几何模型和统计分析,确定了最佳瞄准点应尽可能同时远离跳跃包线、球门横梁和立柱,并给出了精确位置和实践应用方法。统计分析结果表明,射向右上区的点球得分频率最高,验证了几何模型的合理性。

在2022年塔尔世界杯决赛中,阿根廷队凭借点球⼤战4-2的战绩击败了法国队,夺得本届世界杯冠军。双⽅在常规时间战成2-2,加时赛双⽅再次战平,以3-3进⼊点球⼤战。⾸轮法国队球员姆巴佩⾸先进球,梅⻄也顺利罚进;第⼆、第三轮法国队派出的科曼、楚阿梅尼均未能命中,阿根廷队则均未失⼿;第四轮蒙铁尔命中,最终阿根廷队获得冠军。

在今年世界杯1/4决赛中也出现了点球⼤战,克罗地亚队与巴⻄队在常规时间和加时赛中战成1-1。⽐赛拖⼊点球⼤战。点球决胜⾸轮,克罗地亚队弗拉⻄奇罚进,⽽巴⻄队罗德⾥⼽的点球被⻔将扑出。第⼆、三轮双⽅均命中点球。关键的第四轮中,克罗地亚队奥尔⻄奇主罚命中。⽽巴⻄队的主罚⻢尔基尼奥斯将球打在⽴柱上弹出球⻔,⽐赛就此结束,巴⻄队惨遭淘汰。

此前的1/8决赛中,E组出线的两⽀球队⽇本和⻄班⽛也都倒在了点球⼤战上。

在点球⼤战中罚失点球的原因很多,但归结起来主要有两⽅⾯:⻔将扑救⽔平和主罚球员罚球的质量。点球射⻔的⽅向是影响罚球质量的重要因素。巴⻄队罗德⾥⼽的点球质量就不⾼,只要守⻔不出现判断失误,这种中下偏右的射⻔是相对容易守住的。⼀记⾼质量的点球,除了要有⼒量外,还要有刁钻的⻆度。

例如在2018年世界杯1/8决赛哥伦⽐亚对阵英格兰的点球⼤战中,哥伦⽐亚队主罚球员夸德拉多射向左上⻆的点球⻆度就⾮常刁钻。这种情况下,即使守⻔员判断出了正确⽅向,也很难守得住。然⽽刁钻的射⻔⻆度⼜会带来另⼀个⻛险:球射到球⻔外或撞到球⻔框上。

点球⼤战中,主罚球员到底应该往哪个⽅向射?

研究表明,守⻔员容易扑救的范围是有限的,这个范围近似为⼀个半圆(跳跃包线)区域,我们称为“扑救区”,扑救区外的球⻔区域称为“死亡区”。根据每个⻔将身⾼、臂⻓以及反应速度不同,扑救区的范围⼜有⼤有⼩。射向扑救区的点球被扑住的概率约为50%,⽽射向死亡区的点球被扑住的概率只有不到20%。因此,点球想要让对⽅守⻔员难以扑住,就应该瞄准球⻔左右两侧的死亡区。

但为了不让点球射到球⻔外或撞到球⻔框上,⼜应该尽可能地让球远离球⻔左右两侧的⽴柱和上⽅的横梁。

为了找到这样的瞄准点,本⽂建⽴了⼏何模型,确定了最佳瞄准点是与跳跃包线、球⻔横梁和⽴柱同时相切的圆的圆⼼,并通过⼀元⼆次⽅程的求解得到了该点的精确位置:球⻔内距离横梁和⽴柱都为0.65m的点。为了能在实践中应⽤模型的结果,我们还给出了⼀个快速确定最佳瞄准点⼤致位置的⽅法。

为了验证⼏何模型的结果,我们对1982年⾄2018年世界杯点球⼤战中所有点球的数据进⾏了统计分析。结果表明,左右两侧的进球频率⾼于中间区域,⽽左右两侧区域的上部得分频率也⾼于中部和下部。射向右上区的点球得分频率最⾼、其次是右中和左上区。这⼀定程度上证明了我们⼏何模型的合理性,因为⼏何模型给出的点球最佳瞄准点就位于球⻔的右(或左)上⻆。

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