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Probabilidad de no enfrentarse a un oponente en una competición con $2^n$ jugadores, de Ross Introduction to Probability

En una determinada competición, los jugadores tienen la misma habilidad y la probabilidad es $\frac{1}{2}$ que una especificación de los dos concursantes será el vencedor. En un grupo de $2^n$ jugadores, los jugadores son emparejados contra entre sí al azar. La página web $2^{n-1}$ los ganadores son de nuevo emparejados al azar, y así sucesivamente, hasta que quede un solo ganador quede un solo ganador. Considere dos concursantes específicos, $A$ y $B$ y definir los eventos $A_i$ , $i\leq n$ , $E$ por

$A_i$ : $A$ juega exactamente en $i$ concursos:

$E$ : $A$ y $B$ nunca juegan entre sí.

Tenemos que calcular la probabilidad de $P(A_i)$ y $P(E)$ .

Aunque aquí se ha expuesto un enfoque elegantemente sencillo https://math.stackexchange.com/a/2481789/496972 pero quería saber el fallo de mi razonamiento

Mi intento

$P(A_i)$ es bastante simple. Después de cada ronda de eliminación $2^{n-i}$ los concursantes permanecen $i=\{0,1,2..n\}$ . Por simetría, todos los concursantes tienen las mismas posibilidades de llegar a la $i^{th}$ redondo. Por lo tanto, $$ P(A_i)= \dfrac{2^{n-i}}{2^n}= \left(\frac{1}{2} \right)^i $$

Si $A$ se elimina después de $i^{th}$ ronda, ha jugado contra $i+1$ jugadores. Entonces la probabilidad de no jugar $B$ es lo mismo que elegir $i+1$ jugadores fuera de $2^n- 2$ jugadores. Entonces, $$ \begin {align*} P(E)&= \sum_{i=0}^{n-1} P(E|A_i)P(A_i)\tag{because $ A_i $'s are disjoint}\\ &= \sum_{i=0}^{n-1} \dfrac{\binom{2^n-2}{i+1} }{\binom{2^n-1}{i+1}}\times \left(\frac{1}{2} \right)^i\\ &=\sum_{i=0}^{n-1} \dfrac{2^n-2-i}{2^n-1} \times \left(\frac{1}{2} \right)^i\\ &=\dfrac{2^n-2}{2^n-1}\sum_{i=0}^{n-1}\left (\dfrac{1}{2} \right)^i-\frac{1}{2(2^n-1)}\sum_{i=1}^{n-1}i \left(\frac{1}{2} \right)^{i-1} \end{align*} $$

Cuando simplifico esta expresión, no se acerca ni remotamente a $1- \dfrac{1}{2^{n-1}}$ que es la respuesta. ¿En qué me equivoco?

3voto

Lamento que todavía me aferre a contar $i$ de $1$ a $n$ . Esto me parece más natural.

Creo que el cálculo es incorrecto porque

Primero, en su fórmula, $\sum_{i=1}^n P(A_i)=\sum_{i=1}^n \frac {1}{2^i}=1-\frac{1}{2^n} \neq 1 $

Significa que algo va mal. En realidad $P(A_n)$ debe ser $\frac {1}{2^{n-1}}$ (Véase el comentario de Leander Tilsted Kristensen).

En segundo lugar, la fórmula de $P(E|A_i)$ debe ser $$P(E|A_i)=\frac { 2^n-1 \choose i}{2^n-1 \choose i}=\frac {2^n-1-i}{2^n-1}$$

En consecuencia,

\begin{align} P(E) &= \sum_{i=1}^nP(E|A_i)P(A_i) \\ &= \sum_{i=1}^{n-1}P(E|A_i)P(A_i)+P(E|A_n)P(A_n) \\ &= \sum_{i=1}^{n-1} \frac {2^n-1-i}{2^n-1}\times \frac{1}{2^i}+ \frac{2^n-1-n}{2^n-1}\times\frac{1}{2^{n-1}} \\ &= \sum_{i=1}^{n-1}\frac{1}{2^i}-\frac{1}{2^n-1}\sum_{i=1}^{n-1}\frac{i}{2^i}+ \frac{2^n-1-n}{2^n-1}\times\frac{1}{2^{n-1}} \\ &= 1- \frac{1}{2^{n-1}} \end{align}

Nota:

Podemos demostrar que $$-\frac{1}{2^n-1}\sum_{i=1}^{n-1}\frac{i}{2^i}+ \frac{2^n-1-n}{2^n-1}\times\frac{1}{2^{n-1}}=0$$ o de forma equivalente

$$\sum_{i=1}^{n-1}\frac{i}{2^i}=\frac {2^n-1-n}{2^{n-1}}$$ de la siguiente manera:

Dejemos que $$S=\sum_{i=1}^{n-1}\frac{i}{2^i}$$ tenemos

$$S = \frac{1}{2}+2\left(\frac{1}{2} \right)^2+3\left(\frac{1}{2} \right)^3+ \dots +(n-1)\left(\frac{1}{2} \right)^{n-1} $$

$$\frac{S}{2}= \left(\frac{1}{2} \right)^2+2\left(\frac{1}{2} \right)^3+ \dots +(n-2)\left(\frac{1}{2} \right)^{n-1}+ (n-1)\left(\frac{1}{2} \right)^{n} $$

Por lo tanto, $$S-\frac{S}{2}=\frac{1}{2}+\left(\frac{1}{2} \right)^2+ \dots +\left(\frac{1}{2} \right)^{n-1} - (n-1)\left(\frac{1}{2} \right)^n$$

$$\frac{S}{2}=1-\left(\frac{1}{2} \right)^{n-1}-(n-1)\left(\frac{1}{2} \right)^n$$

$$S=\frac {2^n-1-n}{2^{n-1}}$$

1voto

andy.gurin Puntos 1516

¿Por qué quieres levantar un avispero cuando existe una solución sencilla?

De todas formas, replantea tu fórmula teniendo en cuenta que si el evento $E$ se ha producido cuando $i=0$ (redondo) $1$ ), puede ocurrir en la siguiente ronda sólo si ambos $A$ y $B$ avanzar hasta esa ronda

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