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La misma pregunta de probabilidad, entendió el enfoque secuencial pero no el enfoque de conteo

Tengo entendido que aquí se ha hecho una pregunta similar, pero se trata de bolas del mismo color; además, no parecía entrar específicamente en la lógica del método de conteo. Probabilidad de que las bolas retiradas sean del mismo color


Esta pregunta procede de la obra de Bertsekas Introducción a la probabilidad, 2ª edición.

Una urna contiene $m$ rojo y $n$ bolas blancas. Extraemos dos bolas al azar y simultáneamente. Calcula la probabilidad de que las bolas seleccionadas sean de distinto color, utilizando dos enfoques: un enfoque de recuento basado en la ley uniforme discreta, y un enfoque secuencial basado en la regla de la multiplicación.


En realidad, he conseguido obtener la respuesta correcta con ambos enfoques; lo que me cuesta es que, aunque entiendo la lógica del enfoque secuencial, no puedo decir lo mismo del enfoque de recuento.

Secuencial:

Según el diagrama secuencial, es $\frac{m}{m+n}\times\frac{n}{m+n-1}+\frac{n}{m+n}\times\frac{m}{m+n-1}$ en virtud del teorema de la probabilidad total, que viene a $\frac{2mn}{m+n-1}(m+n)$ .

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Contando:

Conseguí adivinarlo, a saber $\frac{\binom{m}{1}\binom{n}{1}}{\binom{m+n}{2}}$ que también llega a $\frac{2mn}{(m+n-1}(m+n)$ .

Mi lógica: $\binom{m}{1}$ se refiere al número de formas de sacar 1 bola de $m$ muchos rojos (también para $\binom{n}{1}$ ).

Tengo entendido que $\binom{n}{k}$ cuenta el número de combinaciones cuando uno escoge $k$ elementos fuera de $n$ por ejemplo, si $m=2$ , entonces tenemos 1) $?R$ y 2) $R?$ como todas las combinaciones posibles, dando un total de $2$ . ( $?$ podría ser otro $R$ o $W$ )

$\binom{m+n}{2}$ se refiere al número total de combinaciones posibles de bolas.

Lo que no entiendo es que esto no parece tener en cuenta el orden, es decir, ¿no debería intervenir aquí la permutación? En particular, $\binom{m}{1}\times\binom{n}{1}$ da la sensación de que siempre escogemos primero la bola roja y luego la blanca, pero seguramente también podemos escoger primero la blanca y luego la roja, ya que $WR$ cuenta igual que $RW$ ¿lo hace?

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T_M Puntos 164

Yo lo explicaría así. Aquí hay tres maneras de pensar en ello: Se puede decir que todos los enfoques utilizan el "recuento" si se expresan así, pero en mi opinión lo importante es que se caracterizan por las órdenes que se tienen en cuenta cuando se hace el recuento.

1. La verdad real: las pelotas son diferentes y el orden importa. Esto es como imaginarse que de antemano se numeran $1,...,n, n+1,...,n+ m$ . Así que, al igual que en la vida real, las bolas son en realidad objetos diferentes y la bola 1 seguida de la bola $n+3$ es diferente de tirar de la pelota $n+7$ seguido de la pelota $2$ aunque en ambas situaciones se haya escogido un par de bolas de distinto color.

Así que, pensando en esta línea, el denominador es el número de formas de escoger dos bolas cualesquiera del $m+n$ bolas distintas que tienes, que es $$ (m+n)(m+n-1) $$ El numerador es el número de formas de sacar una bola roja y una blanca. Si elijo primero la roja, hay $m$ opciones para la bola roja y para cada elección de bola roja hay $n$ posibilidades de la bola blanca. A esto hay que añadir el número de formas de elegir primero la blanca y luego la roja, que es $nm$ por lo que hay $2mn$ formas de coger bolas de diferentes colores. $$ \text{Answer} = \frac{2mn}{(m+n)(m+n-1)}. $$

2. Enfoque "secuencial": Voy a rozar esto un poco ya que lo tienes bien. Usando la ley de la probabilidad total: \begin{eqnarray} & \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls}\Bigr) \\ &= \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} \cap \text{White first}\Bigr) + \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} \cap \text{Red first}\Bigr) \end{eqnarray} Podría detenerme aquí y calcular cada uno de esos dos términos contando. Obtendría $$ \frac{mn}{(m+n)(m+n-1)} + \frac{mn}{(m+n)(m+n-1)}, $$ porque, como vimos anteriormente, el número de formas de elegir una bola de diferente color en el que se elige primero el rojo es $mn$ y lo mismo si eliges el blanco primero. O podemos seguir utilizando la probabilidad condicional, para ver realmente la forma de pensar "secuencial": \begin{eqnarray} &= \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} | \text{White first}\Bigr)\mathbb{P}(\text{White first}) + \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} | \text{Red first}\Bigr)\mathbb{P}(\text{Red first}) \\ &= \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} | \text{White first}\Bigr)\frac{n}{m+n} + \mathbb{P}\Bigl(\text{Select different colour balls} | \text{Red first}\Bigr)\frac{m}{m+n} \\ &= \mathbb{P}\Bigl(\text{Second ball is Red} | \text{White first}\Bigr)\frac{n}{m+n} + \mathbb{P}\Bigl(\text{Second ball is White} | \text{Red first}\Bigr)\frac{m}{m+n} \\ &= \frac{m}{m+n-1}\frac{n}{m+n} + \frac{n}{m+n-1}\frac{m}{m+n} \\ &= \frac{2mn}{(m+n)(m+n-1)} \end{eqnarray}

3. Enfoque de recuento": El orden no importa . Aquí ni siquiera estamos imaginando que metemos la mano y cogemos una bola antes de la siguiente. Sólo estamos preguntando por el demoninador: ¿Cuántos conjuntos de 2 bolas hay de la colección $m+n$ ¿Bolas? $$ \binom{m+n}{2} = \frac{(m+n)!}{(m+n-2)!2!} = \frac{1}{2}(m+n)(m+n-1) $$ Para el numerador, ¿cuántos conjuntos de dos bolas de distinto color hay de la colección de $m+n$ ¿pelotas? Para darle un giro diferente, fíjate en que tiene que ser el tamaño de todos los subconjuntos de 2 bolas menos los subconjuntos que son ambos rojos y menos los subconjuntos que son ambos blancos, por lo que tenemos \begin{eqnarray} & \frac{1}{2}(m+n)(m+n-1) - \binom{m}{2} - \binom{n}{2} \\ &= \frac{1}{2}\Bigl((m+n)(m+n-1) - m(m-1) - n(n-1)\Bigr) \\ & = mn \end{eqnarray} Dando $$ \text{Answer} = \frac{mn}{\frac{1}{2}(m+n)(m+n-1)} $$

En estos problemas, realmente se elige un espacio de probabilidad diferente según el "enfoque" que se adopte. Así que para el número 3, es como si eligieras el espacio de probabilidad para consistir en 2 conjuntos de la colección de $m+n$ bolas, y es imposible distinguir la ordenación dentro de un determinado conjunto de 2. Mientras que en los números 1. y 2., el espacio de probabilidad está formado por tuplas como (1, $m+2$ ), lo que significa que has elegido primero la bola 1 (roja) y luego la bola $m+2$ (rojo).

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