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Integrales como Probabilidades

En primer lugar, no soy matemático como quedará evidente en un momento. Estaba reflexionando sobre algunas matemáticas el otro día y tuve un pensamiento interesante: Si encierras una función integrable sobre algún rango en una primitiva con un área fácilmente computable, la probabilidad de que un punto aleatorio dentro de dicha primitiva también exista debajo de la curva de esa función, escalada por el área de la primitiva, es la integral indefinida de la función sobre ese dominio.

Así que digamos que quiero "resolver" para $\pi$. Explotando la simetría de un círculo, puedo definir $\pi$ como:

$$4 \int_{0}^{1}\sqrt{1-x^2} \,dx$$

Lo cual puedo "encerrar" en el cuadrado unitario. Dado que el área del cuadrado unitario es 1, $\pi$ es simplemente 4 veces la probabilidad de que un punto elegido al azar dentro del cuadrado unitario esté por debajo del arco del cuarto de círculo.

Estoy seguro de que esto es bien conocido, por lo tanto mis preguntas son:

  • ¿Cómo se llama esto?

  • ¿Hay algo significativo acerca de esto--por ejemplo, es la relación entre la integral y el objeto envolvente de interés--o es solo otra forma de expresar integrales indefinidas?

¡Disculpas si esto es dolorosamente elemental!

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Matt Dawdy Puntos 5479

¡No, esta es una observación muy buena! Es la base de la definición moderna de probabilidad, donde todas las probabilidades están definidas esencialmente como integrales. Tu observación particular sobre $\pi$ está muy relacionada con la probabilidad de que un punto caiga en un círculo, lo cual también es muy bueno, y de hecho conduce a un algoritmo probabilístico para calcular $\pi$ (un ejemplo de un método Monte Carlo). El tema en el cual las probabilidades se estudian como integrales se llama, hablando ampliamente, teoría de la medida.

Los métodos Monte Carlo también se utilizan para calcular numéricamente otras integrales; esto se llama integración Monte Carlo.

Ahora que has descubierto este hecho maravilloso, aquí tienes algunos ejercicios interesantes. Te recomiendo que intentes dibujar las regiones relevantes cuando $n = 2, 3$ antes de abordar el caso general.

  • Elige $n$ números al azar en el intervalo $[0, 1]$. ¿Cuál es la probabilidad de que el primer número que elegiste sea el más grande?
  • Elige $n$ números al azar en el intervalo $[0, 1]$. ¿Cuál es la probabilidad de que estén en orden decreciente?
  • Elige $n$ números al azar en el intervalo $[0, 1]$. ¿Cuál es la probabilidad de que su suma sea menor que $1$?

3voto

Fionnuala Puntos 67259

Esto se conoce como probabilidad geométrica.

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