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$1/2$ o $1$? la probabilidad de que todas las bacterias morirán

Supongamos que hay una bacteria en una botella, ha $\frac{1}{3}$ de probabilidades de morir y ha $\frac{2}{3}$ posibilidad de dividir en 2 individuos, y los nuevos individuos se sigue esta norma y así sucesivamente. Así que aquí está la pregunta, ¿cuál es la probabilidad de que todas las bacterias son muertos en la botella?

Denotar por p la probabilidad de que todas las bacterias son muertos. $$ p =\frac{1}{3}+\frac{2}{3}p^2$$ y es el que da ese $p = 0.5$ o $1$, entonces, ¿cuál es el siguiente paso? Cuál es la respuesta? gracias.

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mjqxxxx Puntos 22955

Otra forma de escribir esto es como $$ p_{k}=\frac{1}{3}+\frac{2}{3}p_{k-1}^2, $$ o $$ p_{k}-p_{k-1}=\frac{2}{3}p_{k-1}^2-p_{k-1}+\frac{1}{3}=\frac{2}{3}\left(p_{k-1}-1\right)\left(p_{k}-\frac{1}{2}\right), $$ donde $p_{k}$ es la probabilidad de que una bacteria y todos sus descendientes están muertos después de $k$ generaciones. Así que si $p_{k}\in[0,1/2)$, $p_{k+1}>p_{k}$ (es decir, la probabilidad aumenta con cada generación), mientras que si $p_{k}\in(1/2,1)$, $p_{k+1}< p_{k}$ (la probabilidad disminuye). A partir de esto se puede ver que hay exactamente dos puntos fijos, en$p=1/2$$p=1$, y que el punto fijo en $p=1/2$ es el atractivo.

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Reto Meier Puntos 55904

Este es un supercrítico de Galton-Watson proceso (supercrítico lo que significa que cada individuo tiene un promedio de más de una descendencia). Es un clásico que se traduce en un proceso sobrevive con probabilidad positiva, por lo que su p no puede ser 1, y debe ser de 1/2. Usted probablemente puede encontrar una prueba de que en muchos lugares; sé que en Durrett del PTE.

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Jukka Dahlbom Puntos 1219

Así que sabemos que si no es válida la probabilidad de $p$, que debe satisfacer la ecuación $$ p = \frac 13 + \frac 23 p^2 $$ Que es: para la primera célula que se divide, tomamos nota de que en el fin de para todo rastro de la célula que se ha ido después de un cierto tiempo, ya sea de la primera celda que tiene que morir, o la primera célula se divide y el seguimiento de la descendencia se ha ido después de un cierto tiempo.

Para cualquier celular, $q$ es la probabilidad de que todo rastro de la célula se ha ido después de un largo tiempo suficiente.

Así, llegamos a la conclusión de que $p$ satisface la ecuación anterior. Tenemos $$ 2 p^2 - 3p + 1 = 0\\ (2p - 1)(p - 1) = 0\\ p = \frac 12, \quad p = 1 $$ Así que ¿por qué no puede la probabilidad de ser $p=1$? La respuesta reside realmente en el "límite".

¿Cuál es la probabilidad de que todas las células se han ido después de una generación? Que sólo $$ p_1 = 1/3 $$ Dos generaciones? $$ p_2 = 1/3 + 2/3\cdot (1/3)^2 $$ Tres generaciones? $$ p_3 = 1/3 + 2/3 \cdot (1/3 + 2/3\cdot (1/3)^2)^2 $$ Y así sucesivamente $$ p_4 = 1/3 + 2/3 \cdot (1/3 + 2/3\cdot (1/3 + 2/3\cdot (1/3)^2)^2)^2 $$

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Felix Marin Puntos 32763

$\newcommand{\+}{^{\daga}}% \newcommand{\ángulos}[1]{\left\langle #1 \right\rangle}% \newcommand{\llaves}[1]{\left\lbrace #1 \right\rbrace}% \newcommand{\bracks}[1]{\left\lbrack #1 \right\rbrack}% \newcommand{\ceil}[1]{\,\left\lceil #1 \right\rceil\,}% \newcommand{\dd}{{\rm d}}% \newcommand{\down}{\downarrow}% \newcommand{\ds}[1]{\displaystyle{#1}}% \newcommand{\equalby}[1]{{#1 \cima {= \cima \vphantom{\enorme}}}}% \newcommand{\expo}[1]{\,{\rm e}^{#1}\,}% \newcommand{\fermi}{\,{\rm f}}% \newcommand{\piso}[1]{\,\left\lfloor #1 \right\rfloor\,}% \newcommand{\mitad}{{1 \over 2}}% \newcommand{\ic}{{\rm i}}% \newcommand{\iff}{\Longleftrightarrow} \newcommand{\imp}{\Longrightarrow}% \newcommand{\isdiv}{\,\left.\a la derecha\vert\,}% \newcommand{\cy}[1]{\left\vert #1\right\rangle}% \newcommand{\ol}[1]{\overline{#1}}% \newcommand{\pars}[1]{\left( #1 \right)}% \newcommand{\partiald}[3][]{\frac{\partial^{#1} #2}{\parcial #3^{#1}}} \newcommand{\pp}{{\cal P}}% \newcommand{\raíz}[2][]{\,\sqrt[#1]{\,#2\,}\,}% \newcommand{\sech}{\,{\rm sech}}% \newcommand{\sgn}{\,{\rm sgn}}% \newcommand{\totald}[3][]{\frac{{\rm d}^{#1} #2}{{\rm d} #3^{#1}}} \newcommand{\ul}[1]{\underline{#1}}% \newcommand{\verts}[1]{\left\vert\, nº 1 \,\right\vert}$ Vamos a $p_{-}$ $p_{+}$ la probabilidad de una bacteria muere o se divide en dos bacterias, respectivamente. La probabilidad de una bacteria que genera $n$ bacterias se $$P_{n} = p_{-}\delta_{n,0}\ +\ p_{+}\delta_{n,2}\tag{1}$$ Dada una población de $N$ bacterias vamos a calcular la probabilidad de ${\cal P}_{N \to N'}$ de la población será de $N'$. ${\cal P}_{N \to N'}$ está dada por:

\begin{align} {\cal P}_{N \to N'}&=\sum_{n_{1}=0}^{\infty}P_{n_{1}}\ldots \sum_{n_{N}=0}^{\infty}P_{n_{N}}\,\delta_{n_{1} + \cdots + n_{N},N'} \\[3mm]&=\sum_{n_{1}=0}^{\infty}P_{n_{1}}\ldots\sum_{n_{N}=0}^{\infty}P_{n_{N}}\ \overbrace{\int_{\verts{z} = 1}{1 \over z^{-n_{1} - \cdots - n_{N} + N' + 1}} \,{\dd z \over 2\pi\ic}}^{\ds{\delta_{n_{1} + \cdots + n_{N},N'}}} \\[3mm]&=\int_{\verts{z} =1}\pars{\sum_{n = 0}^{\infty}P_{n}z^{n}}^{N}\, {1 \over z^{N' + 1}}\,{\dd z \over 2\pi\ic} =\int_{\verts{z} =1}\pars{p_{-} + p_{+}z^{2}}^{N}\,{1 \over z^{N' + 1}} \,{\dd z \over 2\pi\ic} \end{align} donde hemos utilizado la expresión $\pars{1}$.

\begin{align} {\cal P}_{N \to N'}&= \int_{\verts{z} = 1}\sum_{\ell = 0}^{N} {N \choose \ell}p_{-}^{N - \ell}\pars{p_{+}z^{2}}^{\ell}\,{1 \over z^{N' + 1}} \,{\dd z \over 2\pi\ic} \\[3mm]&=\sum_{\ell = 0}^{N}{N \choose \ell}p_{-}^{N -\ell}p_{+}^{\ell}\ \overbrace{\int_{\verts{z} = 1}{1 \over z^{N' + 1 - 2\ell}}\,{\dd z \over 2\pi\ic}} ^{\ds{\delta_{2\ell,N'}}}\tag{2} \end{align}

A partir de la expresión de $\pars{2}$ llegamos a la conclusión de: $$ {\cal P}_{N \N'} =\left\lbrace% \begin{array}{lcl} {N \choose N'/2}p_{-}^{N - N'/2}\ p_{+}^{N'/2} & \mbox{if} & N'\ \mbox{is even and}\ 0 \leq N' \leq 2N \\[2mm] 0, &&\mbox{otherwise} \end{array}\right. $$

Para el presente pregunta $$ p_{-}^{N - N'/2}\ p_{+}^{N'/2} = \pars{1 \over 3}^{N - N'/2}\pars{2 \más de 3}^{N'/2} = {2^{N'/2} \más de 3^{N}} $$ $$\color{#00f}{\large% {\cal P}_{N \N'} =\left\lbrace% \begin{array}{lcl} {1 \over 3^{N}}\,{N \choose N'/2}2^{N'/2} & \mbox{if} & N'\ \mbox{is even and}\ 0 \leq N' \leq 2N \\[2mm] 0, &&\mbox{otherwise} \end{array}\right.} $$

Con esta expresión para ${\cal P}_{N \to N'}$ podemos responder a muchas preguntas acerca de la población de bacterias.

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