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Secundaria

Probabilidad con casos equiprobables

Si cada posibilidad elemental tiene el mismo peso, una probabilidad se obtiene contando. Pero primero hay que decidir qué posibilidades pesan igual: las bolas individuales pueden ser equiprobables y sus colores no. Construiremos la regla de Laplace desde ese reparto, y veremos por qué no se puede aplicar a cualquier lista de etiquetas.

1. Pesos iguales permiten convertir una suma en una división

Supongamos un espacio finito con n resultados, n mayor que cero, y que cada uno tiene la misma probabilidad p.

Como el total debe ser uno, n · p = 1 y p = 1/n.

Un suceso con k resultados distintos suma k veces ese peso: P(A) = k/n.

Esa es la regla de Laplace: casos favorables entre casos posibles, siempre dentro del mismo espacio finito equiprobable. Favorable significa que cumple la condición que preguntamos, no que el resultado sea bueno o deseable.

Construir la fracción

Se elige uniformemente una tarjeta numerada del uno al ocho. Halla P(número mayor que seis).

  1. Total posible

    Ocho tarjetas, cada una con probabilidad 1/8.

  2. Favorables

    Siete y ocho: dos.

  3. Cociente

    2/8 = 1/4.
Resultado

P = 1/4.

Lo comprobamos

Sumar 1/8 + 1/8 da el mismo resultado.

Nada y todo

En el mismo sorteo, halla P(número mayor que diez) y P(número positivo).

  1. Mayor que diez

    Ninguna tarjeta: 0/8.

  2. Positivo

    Las ocho: 8/8.

  3. Resultados

    Cero y uno.

Resultado

Probabilidades 0 y 1.

Lo comprobamos

El numerador puede ser cero o igual al denominador; nunca supera al total.

2. La elección uniforme se refiere a objetos concretos

En la bolsa dibujada hay ocho bolas: tres rojas y cinco azules. Si cada bola individual se elige uniformemente, cada una pesa un octavo. Rojo agrupa tres de ellas y azul cinco. Los colores no son dos casos de igual peso.

El color agrupa bolas; no hace iguales los tamaños de los grupos
R1R2R3A1A2A3A4A58 bolas distintas · 2 colores
Hay ocho bolas etiquetadas: tres rojas R uno a R tres y cinco azules A uno a A cinco. Si cada bola individual se elige con probabilidad un octavo, la probabilidad de rojo es tres octavos y la de azul cinco octavos. Dos colores posibles no implican un medio para cada color.

Las etiquetas R₁, R₂… permiten distinguir objetos aunque compartan color. No hace falta que estén físicamente escritas: sirven para contar sin confundir una propiedad compartida con la identidad de cada objeto.

Dos colores no dan un medio automáticamente

Una bolsa contiene una bola verde y cuatro blancas. La extracción es uniforme por bola.

  1. Objetos posibles

    Cinco.

  2. Verdes

    Una.

  3. Probabilidad

    1/5.

Resultado

P(verde) = 1/5, no 1/2.

Lo comprobamos

La probabilidad de blanco es 4/5 y completa el total.

Agrupar no cambia el total de objetos

De doce tarjetas individuales, nueve tienen círculo y tres triángulo; se elige una uniformemente.

  1. Total

    Doce.

  2. Triángulos

    Tres.

  3. Fracción

    3/12 = 1/4.
Resultado

P(triángulo) = 1/4.

Lo comprobamos

Cambiar los nombres de los dibujos no cambia cuántas tarjetas representa cada uno.

3. Para varias etapas justificamos qué secuencias pesan igual

En dos lanzamientos justos e independientes de una moneda hay cuatro secuencias ordenadas: CC, CX, XC y XX.

Cada una pesa (1/2)(1/2) = 1/4.

Entonces podemos contar secuencias favorables y dividir entre cuatro.

En dos dados justos e independientes, el resultado elemental es una pareja: número del primero y número del segundo.

Hay 6 · 6 = 36 parejas, cada una de peso 1/36.

Que ambos dados sean justos por separado no basta si sus resultados están ligados.

Una cara en dos lanzamientos

Dos monedas justas independientes: halla P(exactamente una cara).

  1. Espacio equiprobable

    CC, CX, XC, XX.

  2. Favorables

    CX y XC.

  3. Regla

    2/4 = 1/2.
Resultado

1/2.

Lo comprobamos

La cantidad de caras puede ser cero, una o dos, pero esas tres cantidades no pesan igual.

Orden en dados distinguibles

Dos dados justos independientes: ¿(2; 5) y (5; 2) son el mismo caso?

  1. Primer dado

    En el primero aparece dos en una pareja y cinco en la otra.

  2. Resultados distintos

    Las parejas no coinciden.

  3. Peso

    Cada una vale 1/36; juntas, 2/36.

Resultado

Son dos casos distintos.

Lo comprobamos

Podemos distinguir los dados por color o por orden de lanzamiento.

4. Las sumas de dos dados no son equiprobables

Las sumas posibles van de dos a doce: once valores distintos. Pero sumar dos solo puede hacerse con (1; 1), mientras que sumar siete puede hacerse con seis parejas. Cada pareja pesa 1/36; cada suma reúne una cantidad distinta de parejas.

No todas las sumas reúnen la misma cantidad de parejas
Segundo dado →1.º112345672234567833456789445678910556789101166789101112Cada casilla es un par · suma 7 resaltada
Tabla de treinta y seis parejas de dos dados, con seis filas para el primero y seis columnas para el segundo. En cada casilla se escribe la suma. Se resaltan las parejas que suman 7. Las parejas son equiprobables si los dados son justos e independientes; las sumas no lo son.

En la tabla, cada fila fija el primer dado y cada columna el segundo. La casilla escribe la suma, pero sigue representando una pareja. Contamos casillas resaltadas y dividimos entre treinta y seis; no entre once.

Una suma de un solo camino

Dos dados justos independientes: halla P(suma dos).

  1. Pareja necesaria

    Solo (1; 1).

  2. Total

    Treinta y seis parejas equiprobables.

  3. División

    1/36.

Resultado

P = 1/36.

Lo comprobamos

No es 1/11: las sumas no tienen igual cantidad de parejas.

Una suma con tres parejas

Halla P(suma diez) con esos dados.

  1. Listado

    (4; 6), (5; 5), (6; 4).

  2. Favorables

    Tres parejas.

  3. Cociente

    3/36 = 1/12.
Resultado

P = 1/12.

Lo comprobamos

Las parejas (4; 6) y (6; 4) son distintas; (5; 5) se cuenta una sola vez.

5. Contamos sin saltos ni duplicados

Una lista ordenada, una tabla o un árbol puede hacer visible el recuento. En números de uno a veinte, para contar múltiplos de cuatro escribimos 4, 8, 12, 16, 20. Incluimos veinte porque pertenece al rango y es múltiplo.

Si un problema tiene dos extracciones, comprobamos si se devuelve el objeto y si el orden forma parte del resultado. Con extracción uniforme sin devolución, las parejas ordenadas de objetos distintos tienen igual peso; no se incluye sacar el mismo objeto dos veces.

Extremo incluido

Se elige uniformemente un entero del uno al dieciocho. Halla P(múltiplo de seis).

  1. Listado completo

    6, 12 y 18.

  2. Cuenta

    Tres favorables entre dieciocho.

  3. Simplificamos

    3/18 = 1/6.
Resultado

1/6.

Lo comprobamos

Dieciocho está incluido; cero no pertenece al espacio dado.

Dos objetos sin devolver

De cuatro fichas distintas A, B, C, D se extraen dos uniformemente sin devolución. Halla P(primera A y segunda B).

  1. Primer objeto

    Cuatro opciones.

  2. Segundo

    Tres opciones distintas de la primera: doce parejas ordenadas en total.

  3. Favorable

    Solo AB: 1/12.

Resultado

1/12.

Lo comprobamos

El camino también da (1/4)(1/3). No se cuenta AA.

6. El complementario puede ahorrar una lista larga

El suceso complementario Aᶜ reúne lo que no cumple A, dentro del mismo espacio. Como A y Aᶜ reparten todos los resultados sin repetirlos, P(A) = 1 − P(Aᶜ). No se necesita equiprobabilidad para esta identidad; si la hay, podemos contar el complemento.

Una partición más detallada también comprueba cuentas. En dos monedas justas independientes, cero, una y dos caras tienen probabilidades 1/4, 1/2 y 1/4: suman uno. Cada secuencia cae en una sola de esas categorías.

Al menos un seis

Dos dados justos independientes. Halla P(al menos un seis).

  1. Complementario

    Que ninguno sea seis.

  2. Sin seis

    Cinco opciones para cada dado: 25 parejas de 36.

  3. Restamos

    1 − 25/36 = 11/36.
Resultado

11/36.

Lo comprobamos

Contando directamente: seis con el primero seis y seis con el segundo seis, menos (6; 6) repetido: once.

Uno de dos colores

Una extracción uniforme de diez bolas: cuatro verdes y seis blancas. Comprueba P(no verde).

  1. Verde

    4/10.

  2. Complementario

    1 − 4/10 = 6/10.
  3. Recuento directo

    Seis blancas entre diez.

Resultado

P(no verde) = 3/5.

Lo comprobamos

La comprobación usa que no hay otros colores en esta bolsa.

7. Si los pesos no son iguales, sumamos los que indica el modelo

Aleatorio no significa necesariamente uniforme. Una ruleta con sectores de distinto tamaño puede producir resultados impredecibles con pesos diferentes. Necesitamos los pesos del modelo: listar sus etiquetas no los determina.

Si las probabilidades de las caras 1 a 6 son 0,1; 0,1; 0,1; 0,2; 0,2; 0,3, respectivamente, la suma es uno.

Para par sumamos los pesos de 2, 4 y 6: 0,1 + 0,2 + 0,3 = 0,6.

Tres valores de seis no implica un medio en ese modelo.

Dos sectores desiguales

Una ruleta ideal tiene un sector A de 90° y un sector B de 270°, con giro uniforme en ángulo. Halla P(A).

  1. Total angular

    360°.

  2. Porción de A

    90/360 = 1/4.
  3. Condición usada

    El modelo da igual peso a ángulos de igual longitud.

Resultado

P(A) = 1/4.

Lo comprobamos

No se divide uno entre dos etiquetas de sector.

Solo una lista no basta

Se sabe que una máquina puede emitir A, B o C. No se indican sus probabilidades.

  1. Posibilidades

    Tres etiquetas.

  2. Dato que falta

    Cómo se reparte la probabilidad entre ellas.

  3. Conclusión

    No se puede afirmar P(A) = 1/3 sin hipótesis de uniformidad.
Resultado

La probabilidad no está determinada por la lista sola.

Lo comprobamos

Hay muchos repartos no negativos que suman uno.

8. La respuesta conserva las hipótesis del recuento

Antes del cociente escribimos qué elementos contamos, por qué pesan igual y qué condición selecciona a los favorables. Después comprobamos que numerador no supera denominador y simplificamos la fracción sin perder el significado.

Fracción, decimal y porcentaje expresan el mismo valor: 3/8 = 0,375 = 37,5 %. Ninguna de esas escrituras promete que en cada bloque de ocho ensayos salgan exactamente tres éxitos. El recuento de posibilidades y el de resultados observados son distintos.

Tres escrituras del mismo valor

Una extracción uniforme tiene nueve resultados favorables entre doce.

  1. Fracción

    9/12 = 3/4.
  2. Decimal

    3 dividido entre 4 es 0,75.

  3. Porcentaje

    0,75 · 100 = 75 %.
Resultado

3/4 = 0,75 = 75 %.

Lo comprobamos

En las tres escrituras el valor sigue entre cero y uno como probabilidad, o entre cero y cien por ciento.

Detectar una cuenta imposible

Alguien cuenta ocho favorables en un espacio que asegura tener solo seis resultados distintos.

  1. Inclusión

    Los favorables son parte del espacio.

  2. Límite de cantidad

    No pueden ser más de seis.

  3. Revisamos

    Se duplicaron casos o se mezclaron dos espacios distintos.

Resultado

La cuenta debe corregirse antes de dividir.

Lo comprobamos

Una probabilidad 8/6 no puede ser el resultado válido de Laplace.

Ahora lo resolvemos de principio a fin.

EJEMPLO RESUELTO 1

Una bolsa

Hay 3 bolas rojas y 5 azules. Se extrae una uniformemente. Halla P(roja).

12345678
Ocho bolas equiprobables. Tres son rojas.
  1. Objetos equiprobables

    Tres bolas rojas y cinco azules: ocho bolas individuales. La extracción es uniforme.

  2. Favorables

    Las tres rojas.

  3. Laplace

    P(roja) = 3/8.
  4. Comprobamos

    P(azul) = 5/8 y la suma es 8/8 = 1.
Resultado

3/8.

Lo comprobamos

P(azul)=5/8 y ambas probabilidades suman 1.

EJEMPLO RESUELTO 2

Suma de dados

Dos dados justos independientes: halla P(suma 7).

112233445566
Cada casilla es una pareja. Marcamos las que suman 7.
  1. Espacio apropiado

    Dos dados justos independientes producen treinta y seis parejas ordenadas equiprobables.

  2. Listamos suma siete

    (1; 6), (2; 5), (3; 4), (4; 3), (5; 2), (6; 1).

  3. Contamos

    Seis parejas favorables.

  4. Dividimos

    6/36 = 1/6.
  5. Revisamos el denominador

    Las once sumas posibles no tienen pesos iguales, por eso no dividimos entre once.

Resultado

1/6.

Lo comprobamos

No se divide entre 11 sumas porque no son equiprobables.

Los símbolos que hemos usado

Ω
Espacio muestral finito de resultados elementales.
N=|Ω|
Número de resultados posibles, positivo.
A
Suceso que reúne los resultados favorables a la condición pedida.
M=|A|
Número de resultados favorables distintos.
P(A)=M/N
Regla de Laplace cuando las N salidas son equiprobables.
Equiprobabilidad
Todas las salidas elementales elegidas tienen el mismo peso 1/N.
Uniforme
Selección que asigna igual probabilidad a cada elemento del conjunto especificado.
Par ordenado
Resultado que distingue qué valor pertenece al primer dado y cuál al segundo.

Ahora te toca a ti.

Tienes cinco ejercicios. Inténtalos; las pistas te ayudan si te atascas.

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