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Ocurrencia de 5 colas consecutivos antes de ocurrencia de 2 cabezas consecutivas

En repetidas lanzamiento de una moneda encontrar la probabilidad de que $5$ consecutivos colas ocurrir antes de la aparición de $2$ consecutivos cabezas.

Mi intento: Traté de encontrar la probabilidad de no-ocurrencia de dos días consecutivos de cabezas en $n$ tiros.

Deje $a_{n}$ el número de posibilidades en el que $2$ consecutivos jefes no se dan en $n$ tiros.

Me las arreglé para encontrar la fórmula de recursión.

$a_{1}=2$

$a_{2}=3$

$a_{n}=a_{n-1}+a_{n-2}$

Pero yo no soy capaz de conseguir una forma cerrada de $a_{n}$.

Una vez $a_{n}$ obtiene determinado puede ser posible entonces encontrar la probabilidad de ocurrencia de $5$ consecutivos cabezas

9voto

palehorse Puntos 8268

Un enfoque diferente: considere dos independientes geométricas vars $X_1$ ,$X_2$, cada uno de los cuales mide la cantidad de ensayos hasta conseguir un éxito, en un experimento con prob. de éxito $p_1$ (resp $p_2)$

Entonces $$P(X_1 \le X_2)=p_1 + p_1 q_1 q_2 +p_1 (q_1 q_2)^2+\cdots=\frac{p_1}{1- q_1 q_2} $$

$$P(X_1 < X_2)=p_1 q_2 + p_1 q_2 q_1 q_2 +p_1 q_2 (q_1 q_2)^2+\cdots=\frac{p_1 q_2}{1- q_1 q_2} $$

Podemos considerar que cada ejecución de colas/cabezas de tales experimentos, con $p_1=1/2^{5-1}=2^{-4}$, $p_2 =1/2$

Deje $E$ ser el evento deseado (carrera de 5 colas ocurre antes de la ejecución de 2 cabezas). Deje $T$ ser el caso de que la primera moneda es una cola. Entonces

$$P(E)=P(E|T)P(T)+P(E|T^c)P(T^c)=\\ =\frac{p_1}{1 - q_1 q_2} \frac{1}{2}+\frac{p_1 q_2}{1 - q_1 q_2} \frac{1}{2}=\\=\frac{1}{2} (1+q_2)\frac{p_1}{1 - q_1 q_2} =\frac{3}{34} $$

En general

$$P(E)=\frac{2^h-1}{2^t+2^h-2}$$

Viendo que la fórmula final es tan simple, me pregunto si hay una manera más simple derivación.

2voto

Jon Buys Puntos 30

Este problema puede ser resuelto mediante cadenas de Markov. Unfortunatley, este enfoque requiere un montón de pesado de la matriz de manipulaciones. No voy a trabajar a través de los detalles para usted, pero en lugar de esquema de solución.

Definir los siguientes estados $0$ : el estado del suelo. $t_1$: 1 cola se ha producido ... $t_5$: 5 colas se han producido $h_1$: 1 cabeza se ha producido $h_2$ : 2 cabezas de haber ocurrido.

Aquí $t_5$ $h_2$ son de su terminación estados - yo.e su juego termina cuando llegue a cualquiera de los estados. Así que, básicamente, usted necesita a la hora prevista de golpear primero $t_5$ frente al primer golpear $h_2$.

Ahora, anote la probabilidad de transición de la matriz. Se verá algo como esto: $$Pr[ 0 \rightarrow t_1] = 1/2$$ $$Pr[0 \rightarrow h_1] = 1/2$$ $$Pr[t_i \rightarrow h_1] = 1/2$$ $$Pr[t_i \rightarrow t_{i+1}] = 1/2$$ etc.

Siguiente, resolver la expectativa de las relaciones de la siguiente manera.

Definir $ \tau_{j,k}$ = tiempo para ir del estado $j$ estado $k$.

a continuación, el tiempo de espera para ir desde el estado fundamental a $t_5$ pueden ser compuestos en el camino emprendido en el primer paso, ya sea a través de $t_1$ o $h_1$... $$ E[ \tau_{0, t_5} ] = 1+E[ \tau_{t_1, t_5} ]1/2 + E[ \tau_{h_1, t_5} ]1/2 $$

del mismo modo el tiempo para ir a partir de la 1 de la cola de estado $t_1$ para el estado final $t_5$ pueden ser descompuestos por intermedio de las rutas: $$E[ \tau_{t_1, t_5} ]= 1+E[\tau_{t_2, t_5} ]1/2 + E[ \tau_{h_1, t_5}]1/2$$ $$E[ \tau_{t_2, t_5} ]= 1+E[\tau_{t_3, t_5} ]1/2 + E[ \tau_{h_1, t_5}]1/2$$ $$E[ \tau_{t_3, t_5} ]= 1+E[\tau_{t_4, t_5} ]1/2 + E[ \tau_{h_1, t_5}]1/2$$ $$E[ \tau_{t_4, t_5} ]= 1/2 + E[ \tau_{h_1, t_5}]1/2$$

y así un etcétera.

Como he dicho, es bastante tedioso, pero voy a sacar la solución de sistemas de ecuaciones lineales.

2voto

Marko Riedel Puntos 19255

Aquí es un poco diferente de la prueba que puede ser de interés, aunque no es tan elegante como el de @leonbloy.

Supongamos que tratar el problema de la $t$ colas antes de $h$ cabezas.

La codificación de esta en función de la generación de con $u$ marcado secuencias de colas de longitud de, al menos, $t$ $v$ secuencias de jefes de longitud en menos $h$ y, finalmente, $w$ que marca el final de la ocurrencia de $h$ cabezas y la introducción de

$$G_t(z) = z+z^2+\cdots +z^{t-1}+uz^t\frac{1}{1-z} \quad\text{y}\quad G_h(z) = z+z^2+\cdots +z^{h-1}+vz^h\frac{1}{1-z}$$

obtenemos

$$H(z) = (1+G_t(z)) \left(\sum_{k\ge 0} G_h(z)^k G_t(z)^k\right) \left(1+z+\cdots+z^{h-1} + wz^h + z^{h+1}\frac{1}{1-z}\right).$$

Observar que cuando se retire los tres marcadores $u,v$ $w$ obtenemos

$$P(z) = \frac{1}{1-z} \left(\sum_{k\ge 0} \frac{z^k}{(1-z)^k} \frac{z^k}{(1-z)^k}\right) \frac{1}{1-z} \\ = \frac{1}{(1-z)^2} \frac{1}{1-z^2/(1-z)^2} = \frac{1}{(1-z)^2-z^2} = \frac{1}{1-2z}$$

que es una buena noticia porque significa que hemos enumerado todos los $2^n$ posibles cadenas de bits de longitud $n.$

Ahora la extracción de los coeficientes estamos interesados en la serie en $w$ que los rendimientos de

$$H_1(z) = z^h (1+G_t(z)) \left(\sum_{k\ge 0} G_h(z)^k G_t(z)^k\right)$$

El siguiente paso es descartar aquellos términos que han $v\ge 1$ (lo que significa un interna de la ocurrencia de $h$ cabezas) que los rendimientos sobre la configuración de $v=0$

$$H_2(z) = z^h (1+G_t(z)) \left(\sum_{k\ge 0} \left(z\frac{1-z^{h-1}}{1-z}\right)^k G_t(z)^k\right).$$

Por último tenemos que calcular el $$H_3(z) = \a la izquierda. H_2(z)\right|_{u=1} - \a la izquierda. H_2(z)\right|_{u=0}$$

para eliminar los términos que no contienen una carrera de al menos $t$ colas.

Este rendimientos

$$H_3(z) = z^h \frac{1}{1-z} \left(\sum_{k\ge 0} \left(z\frac{1-z^{h-1}}{1-z}\right)^k \left(\frac{z}{1-z}\right)^k\right) \\ - z^h \frac{1-z^t}{1-z} \left(\sum_{k\ge 0} \left(z\frac{1-z^{h-1}}{1-z}\right)^k \left(z\frac{1-z^{t-1}}{1-z}\right)^k\right).$$

Esto finalmente se produce

$$H_3(z) = z^h\frac{1}{1-z} \frac{1}{1-z^2 (1-z^{h-1})/(1-z)^2} \\ - z^h\frac{1-z^t}{1-z} \frac{1}{1 - z^2(1-z^{h-1})(1-z^{t-1}))/(1-z)^2} \\ = z^h \frac{1-z}{(1-z)^2-z^2 (1-z^{h-1})} \\ - z^h (1-z^t) \frac{1-z}{(1-z)^2 - z^2 (1-z^{h-1})(1-z^{t-1})} \\ = z^h \frac{1-z}{1 - 2z + z^{h+1}} - z^h (1-z^t) \frac{1-z}{1 - 2z + z^{h+1} + z^{t+1} z^{h+t}}.$$

Podemos obtener la probabilidad mediante el establecimiento $z=1/2$ que los rendimientos de

$$\frac{1}{2^{h+1}} 2^{h+1} - \frac{1}{2^{h+1}} \left(1-\frac{1}{2^t}\right) \frac{1}{1/2^{h+1}+1/2^{t+1}-1/2^{h+t}} \\ = 1 - \frac{2^t-1}{2^{h+t+1}} \frac{1}{1/2^{h+1}+1/2^{t+1}-1/2^{h+t}} \\ = 1 - (2^t-1) \frac{1}{2^t+2^h-2} = \frac{2^t+2^h-2-(2^t-1)}{2^t+2^h-2} \\ = \frac{2^h-1}{2^t+2^h-2}.$$

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