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Qué tácticas podrían ayudar con estas preguntas de probabilidad

No estoy muy seguro si esta pregunta es solucionable (en cierto modo me acaba de ocurrir ayer), pero cuando le de fuerza bruta de las respuestas numéricas en mi equipo parecen mostrar un patrón, por lo que creo que es solucionable.

La pregunta: he a $N$ de personas en un estadio, y hay $5$ diferentes colores de camisas. Cada persona tiene la misma oportunidad de usar cualquiera de los colores de las camisetas. (es decir, es igualmente probable que usted va a encontrar a un chico con una camisa de color negro, de azul o rosa o gris o marrón camisa). El amor de dios, de repente se empieza a reproducir la música en todo el estadio, y cada persona con la que de repente tiene un unresistable deseo pareja con una persona que es el uso de un mismo color de la camisa. Encontrar la probabilidad de que nadie se queda solo. (equivalente a preguntar a encontrar la probabilidad de que el número de personas vestidas de cada color es un número par).

Trivial Observaciones: Si $N$ es impar, entonces la probabilidad es $0$, sólo si $N$ es la probabilidad finita. De hecho, (para el caso en que no se $5$ diferentes colores de camisas), si $N$ es impar, los colores pueden terminar con sólo $3$ combinaciones (de todos los impares, $3$ extraño $2$ a, $4$ extraño $1$) y para $N$ es incluso - (todas, incluso, $4$ extraño $1$ a, $2$ extraño $3$, incluso).

Un (aparentemente crucial) observación: parece que si aumento de $N$ a una cantidad arbitrariamente grande, que la probabilidad de que todos los colores son incluso al final debe asíntota para un cierto valor, porque el grueso de la mayoría de la gente sólo de pareja. Empecé mi solución, tratando de demostrar este punto. Para ello, he asumido que en el principio todo lo $100$ de las personas estaban sin camisa, y que habría que añadir las camisetas a la gente uno por uno. Vamos a mantener un 'lonely contador' que realiza el recuento de todas las personas solitarias, y el momento en que alguien se emparejado inmediatamente se olvidan de memoria para que todos nos importa. Para la primera persona, el color de la camisa que él elige es arbitraria, porque definitivamente va a ser un solitario, por lo que nuestro solitario contador está a $1$. La siguiente persona tiene un $0.2$ probabilidad de acertar la misma camisa con la primera persona (en este caso el solitario contador de gotas de a $0$), y un $0.8$ de probabilidades de escoger un color diferente (en este caso el solitario contador sube a $2$). El máximo solitario valor de contador es $5$, y para el caso de que queramos $0$ personas solas, en el momento en que se realiza la asignación de la camisa de valores para todos los solitarios contador debe ser de nuevo en $0$. Para poner a prueba mi teoría asintótica, ya casi me ponen este 'lonely contador' en excel para ver lo que sucede

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En $N = 0$, el solitario contador es $0$ $100\%$ de probabilidad (sin personas a su alrededor). En $N = 1$, el solitario contador es $1$ $100\%$ probabilidad (1 persona por sí mismo sin duda solitario). En $N = 2$, el solitario contador es $0$ $0.2$ de probabilidad, y $2$ $0.8$ de probabilidad (como se explicó anteriormente). Con las matemáticas y excel magia corrí los datos a lo largo, y, de modo admirable, la posibilidad de que el solitario contador $0$ asymptoted hacia un valor de $6.25\%$. Luego probé de diferentes números de las camisetas, y se encontró una tendencia, por lo menos que arruiné mi las matemáticas, entonces creo que

$$ P = \dfrac{1}{2^{p-1}} $$

Para un gran $N$, y donde $p$ es el número de camisetas. Traté de usar mi solitaria contador para probar realmente el resultado, sin embargo, y estoy atascado ahora, y no muy seguro de a dónde ir desde aquí. Cualquier ayuda es muy apreciada.

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Ken Puntos 106

Aquí está generalmente dos herramientas útiles para este tipo de problema:

La Distribución Multinomial, desde una perspectiva de Generación de Función: $$(x_1+x_2+x_3+x_4+x_5)^n = \sum_{a_1+\dots+a_5 = n} \frac{n!}{a_1! a_2! a_3! a_4! a_5!} x_1^{a_1} x_2^{a_2} x_3^{a_3} x_4^{a_4} x_5^{a_5}$$ Aquí el coeficiente del lado derecho representa el número de maneras de elegir exactamente $a_j$ a las personas a tener camisa de color $j$ por cada $j$.

Dividiendo por $5^n$, podemos ver este probabilísticamente: $$5^{-n}(x_1+x_2+x_3+x_4+x_5)^n = \sum_{a_1+\dots+a_5=n} P(a_1, a_2, a_3, a_4, a_5) x_1^{a_1} x_2^{a_2} x_3^{a_3} x_4^{a_4} x_5^{a_5},$$ donde $P(a_1, \dots, a_5)$ es la probabilidad de que la población tiene exactamente la distribución de $(a_1, \dots, a_5)$ de los colores de camisa.

En otras palabras, podemos codificar toda la distribución de probabilidad de colores de camisa como la expansión de un único polinomio.

Coeficiente de Extracción de Polinomios

Lo que hicimos arriba esencialmente reducido nuestra pregunta para el siguiente: Dado un polinomio, ¿cómo se extrae de la suma de las incluso coeficientes? Si sólo tuviéramos una variable, el truco sería el uso de la observación de que $$\frac{1^k + (-1)^k}{2} = \left\{ 1 \textrm{ if } k \textrm{ is even} \atop 0 \textrm{ if } k \textrm{ is odd } \right.$$

Así que si $f$ $1$ variable del polinomio, y me tome $\frac{f(1)+f(-1)}{2}$, el extraño coeficientes todos se desvanecen y voy a obtener la suma de los coeficientes de $f$.

El multivariante analógica de esto: Si $f(x_1, \dots, x_k)$ $k$ variable del polinomio, y me tome $$\frac{1}{2^k} \sum_{c_i \in \pm 1} f(c_1, c_2, \dots, c_k), $$ luego me da la suma de los coeficientes de $f$ Por ejemplo, para dos variables, me gustaría tener $$\frac{1}{4} \left(f(1,1)+f(1,-1)+f(-1,1)+f(-1,-1)\right).$$ El punto es que si miro en cualquier plazo, con al menos un extraño poder, la suma de las causas que el plazo para cancelar (Usted debe comprobar esto!).

Ahora vamos a tomar las herramientas y combinarlos. En este caso el $f$ estaremos aplicando cosas a es $\frac{1}{5^n} (x_1+\dots+x_5)^n$. Conectar los diferentes valores de $x$ y la combinación de términos de igualdad, obtenemos una probabilidad de $$\frac{1}{5^n} \left(\frac{1}{32} ( 5^n + 5 \times 3^n + 10 \times 1^n + 10 \times (-1)^n + 5 \times (-3)^n + (-5)^n)\right)$$ Como se esperaba, si $n$ es impar sale exactamente $0$. Si $n$ es incluso, el positivo y negativo de las bases de combinar más, y podemos escribir esto como $$\frac{1}{16} + \frac{5}{16} \left(\frac{3}{5}\right)^n + \frac{10}{16} \left(\frac{1}{5}\right)^n$$

En particular, la convergencia muy rápidamente a $\frac{1}{16}$ $n$ aumenta, lo cual coincide con su simulaciones y joriki intuitiva de argumento.

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