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Probabilidad de un número de rodado de un dado echado a un lado 20 es mayor que la suma de los números en 3 seis lados muere.

Bob rollos $3$ a los seis caras morir y suma los números hacia arriba. Proyecto de ley de rodillos de una sola $20$ caras de los dados y registra el número. ¿Cuál es la probabilidad de que Bob el número es mayor que el proyecto de Ley del número.

Empecé el problema tratando de llegar a una ecuación, pero eso no funcionó, así que recurrí a la creación de $6$ seis de seis tablas con todas las posibles sumas de dinero para Bob morir. Entonces, me contó el número de cada número y crea una tabla y calcula la probabilidad de cada uno de esos números que ocurren. Entonces, que multiplica la probabilidad de cada número que ocurren por la probabilidad de que el proyecto de Ley número es mayor que el número. Por último, he añadido a todos ellos.

Obviamente, esto fue muy tedioso y consume mucho tiempo. Hay una forma más elegante/menos tedioso para hacer este problema.

PS: hay distancia para hacer una $n$ mueren vs $m$ dados problema sin listado de todos ellos? Hay una fórmula general? Hasta ahora, eso es lo que he estado haciendo.

13voto

David K Puntos 19172

Deje que el total de las tres de seis caras de los dados se $X,$ $3\leq X\leq18.$ Deje que el número de veinte caras mueren ser $Y,$ $1\leq Y\leq20.$

Dado cualquier valor de $X,$ la probabilidad de que el veinte caras dado rodará mayor es $$P(Y>X \mid X) = \frac{20-X}{20} = 1 - \frac1{20}X.$$

La probabilidad general de que el veinte caras dado rodará superior el total de los otros tres dados es \begin{align} P(Y>X) &= \sum_{n=3}^{18} P(Y > X \mid X)P(X=n) \\ &= \sum_{n=3}^{18} \left(1 - \frac1{20}X\right)P(X=n). \end{align}

La última línea de este conjunto de ecuaciones es sólo el valor esperado de $1 - \frac1{20}X.$ Es decir, \begin{align} P(Y>X) &= \mathbb E\left[1 - \frac1{20}X\right] \\ &= 1 - \frac1{20} \mathbb E[X] \\ &= 1 - \frac1{20} \left(\frac{21}{2}\right) \\ &= \frac{19}{40}. \end{align}


Si la pregunta es en realidad la que se plantea en la pregunta original del cuerpo en lugar de en el título original, es decir, la probabilidad de que $X > Y,$ luego simplemente observar que para cualquier valor dado de a $X,$ $$ P(Y < X \mid X) = \frac{X-1}{20} = \frac{1}{20}X - \frac{1}{20}.$$

El resto del cálculo se basa en esto de la misma manera que el cálculo de la primera en esta respuesta construida en $P(Y > X \mid X).$ Nos encontramos con que \begin{align} P(Y<X) &= \mathbb E\left[\frac1{20}X - \frac1{20}\right] \\ &= \frac1{20} \mathbb E[X] - \frac1{20}\\ &= \frac1{20} \left(\frac{21}{2}\right) - \frac1{20} \\ &= \frac{19}{40}. \end{align}

Esto no debería ser sorprendente, ya que se desprende también de $P(Y>X)=\frac{19}{40}$ y el "evidente" el hecho de que $P(Y=X)=\frac1{20}.$

10voto

rlpowell Puntos 126

Lo que Bob rollos con la $6$caras de los dados tiene un $1$ $20$ de probabilidad de ser igualado, con un empate, por el proyecto de Ley del rollo de la $20$colindado muere. Cualquiera que sea la suma, $S=a+b+c$, Bob rollos, si a su vez sus dados más, la suma es $(7-a)+(7-b)+(7-c)=21-S$. De igual forma, cualquier número $T$ proyecto de Ley de rodillos, si usted apaga el $20$colindado mueren más, el número es $21-T$. Por tanto, para cada resultado en el que Bob gana, hay igualmente un resultado probable en la que Bill gana, y viceversa. Por lo tanto la probabilidad de ganar de cada uno de ellos es el mismo, es decir,

$${1\over2}\left(1-{1\over20}\right)={19\over40}$$

Comentario: no Es literalmente necesario que el "complementario" número para cada cara de un dado ser la cara opuesta, sólo que hay que ser un complemenary número en algún lugar. Para $6$caras de los dados, teniendo en caras opuestas suma a $7$ es bastante estándar; creo que también es estándar para $20$caras de los dados que tienen caras opuestas suma a $21$.

También, me gustaría crédito David K la respuesta con la motivación de esta. Cuando vi a partir de su análisis que las dos probabilidades son iguales, yo decidí que no debería ser simple razón de por qué. Por suerte, he encontrado uno.

3voto

user167895 Puntos 1

Su mejor apuesta es seguir la pista de dos cosas para ambos lados: ¿qué tan probable que este resultado particular es, y qué tan probable es que nada menos que este resultado es. Dadas estas podemos multiplicar juntos con relativa facilidad.

$$\begin{array}{r|rr|rr|r} x & 3\text{d}6 = x & 3\text{d}6 < x & 1\text{d}20 = x & 1\text{d}20 < x & 1\text{d}20 < x \cap 3\text{d}6 = x\\ \hline 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 \\ 2 & 0 & 0 & 1 & 1 & 0 \\ 3 & 1 & 0 & 1 & 2 & 2 \\ 4 & 3 & 1 & 1 & 3 & 9 \\ 5 & 6 & 4 & 1 & 4 & 24 \\ 6 & 10 & 10 & 1 & 5 & 50 \\ 7 & 15 & 20 & 1 & 6 & 90 \\ 8 & 21 & 35 & 1 & 7 & 147 \\ 9 & 25 & 56 & 1 & 8 & 200 \\ 10 & 27 & 81 & 1 & 9 & 243 \\ 11 & 27 & 108 & 1 & 10 & 270 \\ 12 & 25 & 135 & 1 & 11 & 275 \\ 13 & 21 & 160 & 1 & 12 & 252 \\ 14 & 15 & 181 & 1 & 13 & 195 \\ 15 & 10 & 196 & 1 & 14 & 140 \\ 16 & 6 & 206 & 1 & 15 & 90 \\ 17 & 3 & 212 & 1 & 16 & 48 \\ 18 & 1 & 215 & 1 & 17 & 17 \\ 19 & 0 & 216 & 1 & 18 & 0 \\ 20 & 0 & 216 & 1 & 19 & 0 \\ \hline \text{total} & 216 & & 20 & & 2052 \end{array}$$

Total de todo lo que en la columna de la derecha, se divide por el total de la $3\text{d}6 = x$ $1\text{d}20 = x$ columnas, y usted gana: Bob gana $\frac{2052}{4320} = \frac{19}{40} = 0.475$ del tiempo.

Para obtener los lazos, o donde Bill gana, cambio ¿qué pares de multiplicar: tanto en$=$, para los lazos, y $3\text{d}6 < x$ $1\text{d}20 = x$ de la Factura de la gana.

Este en particular es muy interesante: debido a que ambas distribuciones son simétricas, y tienen la misma media, Bill y Bob que tanto ganar la misma proporción del tiempo.


Se me ocurre que hay otra parte a esta pregunta: ¿cómo podemos calcular eficientemente resultado probabilidades de combinaciones de dados?

La respuesta a que es una operación que se llama convolución, que voy a presentar aquí en forma discreta.

Dadas dos funciones $f(x)$$g(x)$, la convolución es $$(f * g)(x) = \sum_{k = -\infty}^\infty f(k)g(x-k)$$

Esto se puede interpretar en la teoría de la probabilidad como la siguiente: tenemos dos variables aleatorias $f$$g$, con funciones de probabilidad $f(x)$$g(x)$. la función de probabilidad para $f + g$ -- sumar los dos resultados juntos -- es igual a $(f * g)(x)$.

Obviamente, con los infinitos que hay, tenemos que jugar con él un poco para realmente hacer nada. En nuestro caso, debido a que estamos tratando con dados, nuestras funciones tienen lo que se llama un apoyo limitado: sólo son no-cero en un área pequeña, por lo que sólo necesitamos cubrir esa área pequeña.

Vamos a hacer un ejemplo específico. Supongamos que queremos calcular la probabilidad de que voy a obtener un $7$ en $3\text{d}6$. $3\text{d}6$ es el mismo $1\text{d}6$ + $2\text{d}6$, así que puedo convolución estos dos. Voy a llamar a sus funciones $f$ $g$ respectivamente.

$f$ aquí tiene soporte limitado: los únicos valores es distinto de cero para se $1$ a través de $6$. Esto nos permite cambiar los límites de nuestra suma a los límites de la $f$'s de apoyo.

$$\begin{align} (f * g)(7) &= \sum_{k=1}^6 f(k)g(7 - k)\\ &= f(1)g(6) + f(2)g(5) + f(3)g(4) + f(4)g(3) + f(5)g(2) + f(6)g(1) \\ &= \frac{1}{6}\cdot\frac{5}{36} + \frac{1}{6}\cdot\frac{4}{36} + \frac{1}{6}\cdot\frac{3}{36} + \frac{1}{6}\cdot\frac{2}{36} + \frac{1}{6}\cdot\frac{1}{36} + \frac{1}{6}\cdot\frac{0}{36} \\ &= \frac{15}{216} \end{align}$$

El uso de la convolución, entonces, podemos calcular la probabilidad de que la suma de los resultados de varios dados, sin necesariamente considerar cada evento simple: para calcular, es decir, la distribución de probabilidad de $5\text{d}6$, se puede tomar la distribución de $4\text{d}6$ y la distribución de $1\text{d}6$ y de convolución. Y para conseguir $4\text{d}6$'s de distribución podemos convolución $3\text{d}6$$1\text{d}6$, etc. Así que en lugar de contar los $7776$ de posibilidades, que en lugar de manejar $21\cdot6 + 16\cdot6 + 11\cdot6 + 6\cdot6 = 324$ total de multiplicaciones y un número similar de adiciones.

1voto

N. Shales Puntos 51

Llame a la probabilidad de que la puntuación de un $k$ con el D20 $q_k=q=1/20$ y la puntuación de un $k$ con el 3 D6 $p_k$, entonces estamos buscando la probabilidad de que el D20 tiene la mayor puntuación

$$p_3\sum_{k=4}^{20}q_k+p_4\sum_{k=5}^{20}q_k+\ldots +p_{18}\sum_{k=19}^{20}q_k$$

O simplemente

$$q(17p_3+16p_4+\cdots +2p_{18})$$

pero por la simetría para cada forma de puntuación $k$ con 3 D6s hay un camino para anotar $21-k$, simplemente restando la puntuación en cada uno de los troqueles de $7$. La probabilidad de obtener un total de $18$ $3$ D6s es por lo tanto el mismo como el balanceo de un total de $3$ ($p_3=p_{18}$) y el rodar de un total de $17$ es la probabilidad igual a la rodadura $4$ ($p_4=p_{17}$) etc. Así

$$\text{required probability}=19q(p_3+p_4+\cdots +p_{10})=19q(p_{11}+p_{12}+\cdots +p_{18})$$

Pero, por supuesto

$$p_3+p_4+\cdots +p_{18}=1$$

Así

$$2(p_3+p_4+\cdots +p_{10})=1=2(p_{11}+p_{12}+\cdots +p_{18})$$ $$\implies p_3+p_4+\cdots +p_{10}=p_{11}+p_{12}+\cdots +p_{18}=\frac{1}{2}$$

Dando

$$\text{required probability}=19\cdot\frac{1}{20}\cdot\frac{1}{2}=\frac{19}{40}\tag{Answer}$$

Tenga en cuenta que, dado que la probabilidad de que los jugadores obtengan la misma puntuación es $(1/20)\cdot 1=1/20$, entonces la probabilidad de que el D20 pierde es la misma que la ganancia es decir $19/40$.

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