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PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD DANIEL HERRERA ARÁUZ 200 PROBLEMAS RESUELTOS. 200 PROBLEMAS PROPUESTOS. “Es en verdad tan notable que una ciencia que se inició con las consideraciones del juego, se hubiese elevado a los objetos más importantes de la sabiduría humana”. Pierre Simon Laplace PREFACIO La presente publicación es el resultado de varios años en que el autor ha desarrollado la cátedra de Estadística en las carreras de Administración y Contabilidad y Auditoría en la Facultad de Ciencias Administrativas de la Universidad Central del Ecuador, como también a nivel de estudios de posgrado en diversas universidades e instituciones de estudios superiores del país. La probabilidad es la cuantificación de la ocurrencia de un evento de carácter aleatorio; la mayoría de eventos que se presentan en el desarrollo de las actividades del ser humano son aleatorios, es decir, no existe la certeza de lo que va a ocurrir, sin embargo se conocen todos los resultados posibles que podrían ocurrir. La teoría del cálculo de probabilidades nació como una estrategia para ganar los juegos de azar, en el siglo XVI, dos matemáticos de renombre: Laplace y Pascal desarrollaron una serie de estrategias para ganar los juegos de azar, a pesar de que no obtuvieron el resultado esperado, sin embargo, se estableció un marco teórico muy importante para el análisis y la estimación de la ocurrencia de eventos de carácter aleatorio. Este trabajo académico está dividido en tres secciones: en la primera sección, en 10 capítulos, se presenta el marco teórico de la definición clásica de probabilidad y la expresión de la probabilidad en una distribución de frecuencias, la probabilidad de eventos combinados y de eventos condicionales, junto con tablas y árboles de probabilidad; dispone además de un capítulo sobre combinatoria, el marco teórico de las distribuciones de probabilidad junto con la distribución binomial y la distribución normal; cada uno de estos temas viene conjuntamente con una diversa variedad de ejercicios y problemas de aplicación resueltos, junto con una cantidad similar de ejercicios y problemas propuestos a ser resueltos por el estudiante. La segunda parte del texto contiene una descripción detallada de los diferentes elementos informáticos que han sido utilizados para el cálculo numérico en la resolución de los problemas presentados en este libro, particularmente se mencionan las funciones electrónicas y herramientas de la hoja de cálculo Excel, el programa SPSS, como también el uso de graficadores para el trazado de la curva normal. La tercera parte del libro (publicación por separado), el solucionario, tiene en su contenido la resolución detallada e íntegra de los problemas propuestos en la primera parte; el estudio y revisión de estos ejercicios permitirá al docente y al estudiante disponer de un modelo y de una metodología didáctica para la preparación académica de estos temas. Tanto los problemas resueltos como los problemas propuestos, han sido tomados de diversos textos impresos de Estadística y de Probabilidad, como también de infinidad de artículos sobre el tema que se encuentran en la red de internet; los cuales han sido incluidos en la bibliografía correspondiente. Algunos problemas han sido adaptados a nuestra realidad, sobre todo lo relacionado con la moneda, las unidades de medida, los lugares geográficos, etc.; manteniendo la parte fundamental del problema, para su posterior aplicación del marco teórico en su resolución. El autor anticipa su agradecimiento a docentes y estudiantes que hagan uso de este material, solicitando además remitir sus comentarios y sugerencias para futuras ediciones a danielherrera_1960@hortmail.com Daniel Herrera Aráuz mailto:danielherrera_1960@hortmail.com BREVE HISTORIA DEL CÁLCULO DE PROBABILIDADES1 Los orígenes de las matemáticas de la probabilidad se remontan al siglo XVI. Las primeras aplicaciones se relacionaban básicamente con los juegos de azar. Los jugadores gananciosos utilizaron el conocimiento de la teoría de la probabilidad para desarrollar estrategias de apuesta, incluso actualmente son muchas las aplicaciones que comprenden juegos de azar, como en diversas loterías, casinos, en las carreras de caballos y en los deportes organizados. PIERRE DE FERMAT Y BLAISE PASCAL El cálculo de probabilidades inicia con los planteamientos realizados por Pierre de Fermat, ilustre abogado francés que nace en Beaumount de Lamagne en el sur de Francia en el año de 1601, no fue un profesional de la matemática, más bien fue un aficionado a las mismas. Se lo considera como Príncipe de los Aficionados de la matemática. En el estudio de la probabilidad, Fermat deja su huella a raíz de un problema de juegos de azar presentado por su colega Blaise Pascal, Matemático y científico francés que nace en 1623, fue un joven estudioso además de ser algo así como un prodigio en matemáticas. A los doce años había demostrado las 32 proposiciones de Euclides. Al sostener correspondencia epistolar con Fermat, en lo referente al problema planteado por el Caballero de Meré, Pascal fundamenta las bases de la teoría de las probabilidades. Los problemas planteados por el caballero de Meré son los siguientes: El Problema de los dados El caballero de Meré plantea que es paradójico que en el juego de lanzar un dado cuatro veces consecutivas, la probabilidad de que aparezca un 6 sea mayor que la del caso contrario, mientras que; la probabilidad de que aparezca un doble seis cuando dos dados sean lanzados 24 veces era menor que la del caso contrario. El problema de las partidas De Meré plantea acerca de cómo repartir una apuesta entre dos jugadores de igual habilidad, si se suspende la partida antes de finalizar y conociendo el número de puntos que cada jugador ha conquistado hasta el momento de suspenderse el juego. Pascal le plantea a Fermat estos problemas en una carta donde le comenta: “El Caballero de Meré es muy inteligente, pero desgraciadamente no es matemático y esto, como usted sabe; es un defecto muy grave”. Para solucionar este problema Pascal hizo uso del triángulo aritmético el cual desde entonces ha llevado su nombre. Aunque él no lo descubrió, si descubrió algunas propiedades importantes de dicho triángulo, como consecuencia de este trabajo de Coeficientes binomiales, el cálculo combinatorio tiene su carta de presentación en el mundo matemático. Además con la aparición del cálculo combinatorio se hizo necesario replantear las doctrinas filosóficas, en especial las del método cartesiano, ahora estas deberían explorar y figurar todos los caminos posibles a partir de los datos iniciales. 1 Con la colaboración académica de Nelson Herrera Aráuz No existen datos históricos de la solución al segundo problema planteado por el caballero De Meré, sin embargo: “Para ver con qué facilidad pueden surgir los malos entendidos vamos a estudiar el segundo problema planteado: Supongamos que dos jugadores A y B participen en una apuesta de $ 60 convienen en que el primero haga tres puntos ganará toda la apuesta, pero cuando A ha ganado 2 puntos y B ha ganado 1, de mutuo acuerdo deciden dejar el juego. ¿Cómo tendrían que repartirse las apuestas de $ 60? A primera vista este problema parece muy sencillo. Se puede decir que puesto que A tiene el doble de puntos de B, a A le debe corresponder doble número de dólares que a B, es decir que A debería llevarse $40 y B $ 20. Pero supongamos que se jugaran el otro punto el que de mutuo acuerdo no se ha jugado. Si lo ganara A todos los $60 le pertenecerían; si perdiera quedarían empatados a 2, y habrían de repartirse los $ 60 por igual. Es decir que A está segura de ganar, en cualquier caso $ 30, y suponiendo que tenga iguales oportunidades de ganar el punto siguiente, de losotros $30 se le debía dar la mitad. Dicho de otro modo que a A le deberían corresponder $45 y a B $ 15. No es difícil ver que la segunda solución es la correcta si A y B se han de atener a su convenio original, pero si al principio del juego se hubieran puesto de acuerdo para dividir la apuesta proporcionalmente a los puntos que tuvieran al dejar el juego, la solución correcta sería desde luego la primera". Al parecer Pascal no pudo reprimirse ante un leve reproche de De Meré, no porque este fuese un jugador, sino por una razón más seria: De meré no era matemático y así escribió a Fermat: “Car, il a trés bon esprit, mais il n´est pas geométre; c´est comme vous savez un grand défault¨. En realidad el caballero merecía algo peor puesto que la respuesta a su pregunta, que evidentemente estorbó a sus negocios; le impulsó a escribir una diatriba sobre la inutilidad de todas las ciencias, en particular la aritmética. Y esa fue la suerte de la primera asociación de cerebros. JACOBO BERNOULLI Jacobo Bernoulli nació en Basilea en el año de 1654; miembro de una brillante familia originaria de Amberes, ocupa un importante puesto protagónico en el desarrollo de la matemática y la ciencia, fue uno de los primeros en comprender la importancia del cálculo diferencial, publicado por Leibniz, murió en 1705. En el campo de las probabilidades Jacobo Bernoulli escribió su mejor obra “Ars Conjectandi” (Cálculo de Probabilidad) publicada en 1713, ocho años después de su muerte. En esta obra el cálculo de probabilidades adquiere autonomía científica. La obra consta de cuatro volúmenes: en el primero reproduce con valiosos comentarios la obra de Huygens sobre probabilidad. El segundo incluye una teoría general de permutaciones y combinaciones, junto con la demostración de los teoremas binomial y multinomial. En este trabajo aparecen los números de Bernoulli (ejemplo: 1/6, -1/30, 1/42.......................) el tercer volumen comprende muchos problemas de probabilidad especialmente los de juegos de azar y en el cuarto volumen prueba con todo rigor el “teorema de Bernoulli” o “Ley de los grandes números”, el cual establece que en el infinito, la probabilidad y la frecuencia relativos a un suceso asociado en un experimento, se unen o sea son iguales. PIERRE SIMÓN LAPLACE El cálculo de probabilidades tuvo en Pierre Simón Laplace (1749-1817) a uno de sus principales propulsores con su obra: Theorie Analytic des probabilities, publicada en 1812. En esta obra, Laplace hace uso del análisis infinitesimal, introduce el método de los mínimos cuadrados, y se estudian todas las contribuciones probabilísticas de matemáticos anteriores. Además entre 1812 y 1820 escribe algunos Ensayos Filosóficos sobre probabilidades en las que expone la teoría sin fórmulas matemáticas escritas. Pierre Simón Laplace fue profesor de Napoleón Bonaparte, y acompañó al emperador en la expedición a Egipto, cuando el Genial Corso prácticamente llevó una Universidad, mezclándose con los oficiales de marina, astrónomos botánicos, químicos, y por cierto matemáticos, entre ellos Monge y Laplace. Fue tan importante el aporte de Laplace en el desarrollo del cálculo de probabilidades que su obra hizo época, pues en su teoría analítica de la probabilidad llevó al cálculo a un punto tal que Clerk Maxwell pudo decir que es “matemática para hombres prácticos” , mientras que Jevons anunciaba en forma completamente lírica que las matemáticas de la probabilidad son “la verdadera guía de la vida y difícilmente puede dar un paso o adoptar una decisión sin hacer correcta o incorrectamente, un cálculo de probabilidad”. Las dos opiniones anteriormente citadas fueron emitidas aún antes de que el cálculo de probabilidades hubiese alcanzado sus más brillantes éxitos en física y en genética o en esferas más prácticas. CARLEE FRIEDRICH GAUSS (1777-1855) El llamado Príncipe de las Matemáticas, Carlee Friedrich Gauss nació en la ciudad de Brunswick (Alemania) en donde realizó sus primeros estudios, desde muy niño dio muestras de grandes dotes para las matemáticas y se destacaron sus estudios sobre geometría diferencial, álgebra, la teoría de los números y la probabilidad, como también en trabajos sobre el magnetismo, construyo junto con Weber un telégrafo, no muy práctico, pero que se anticipó al del norteamericano Henry. En la astronomía es célebre su trabajo sobre los "Mínimos Cuadrados", que lo aplicó a las investigaciones sobre la famosa ecuación Bode-Titius; más tarde esta teoría de "Mínimos Cuadrados" será la base teórica fundamental en la elaboración de modelos de regresión. Las contribuciones de Gauss a la teoría de probabilidades se centran en los siguientes aspectos: La distribución Normal. El método de los mínimos cuadrados. La ley de distribución de los errores de observación. COROLARIO Los juegos de azar, generaron grandes fortunas en la industria del entretenimiento, el ocio y el turismo, Las Vegas en Estados Unidos y Montecarlo en Mónaco son en la actualidad los templos mundiales del juego. La literatura, y sobre todo el cine, es rico en anécdotas, dramas, etc. cuyos argumentos giran alrededor de fabulosas apuestas, Julio Verne, escritor francés nos relata en la mejor novela de la geografía universal la gran apuesta entre Phileas Fogg y el club "Reform" de Londres en la fantástica aventura de la Vuelta al mundo en 80 días. RESUMEN: Contiene la teoría de Probabilidad, la teoría de Combinatoria y de las Distribuciones de Probabilidad para variable discreta y variable continua, además 200 problemas resueltos y 200 problemas propuestos con su respectiva respuesta. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD PRIMERA SECCION PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 1 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD 1. DEFINICIÓN CLÁSICA DE PROBABILIDAD Y PROBABILIDAD COMO FRECUENCIA RELATIVA ........ 3 1.1. EXPERIMENTO ALEATORIO ...................................................................................................... 3 1.2. EVENTO ALEATORIO ................................................................................................................ 3 1.3. ESPACIO MUESTRAL ................................................................................................................ 3 1.4. PROBABILIDAD DE UN EVENTO ............................................................................................... 3 1.5. MANERAS DE EXPRESAR LA PROBABILIDAD DE UN EVENTO .................................................. 4 1.6. PROBABILIDAD EN DISTRIBUCIONES DE FRECUENCIA ............................................................ 4 1.7. PROBLEMAS RESUELTOS ......................................................................................................... 6 1.8. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................... 14 2. EVENTOS COMBINADOS ............................................................................................................... 18 2.1. RELACIÓN ENTRE EVENTOS ................................................................................................... 18 2.2. COMBINACIÓN DE EVENTOS ................................................................................................. 18 2.3. PROBABILIDAD DE EVENTOS COMBINADOS ......................................................................... 18 2.4. RECOMENDACIONES METODOLÓGICAS ............................................................................... 18 2.5. PROBLEMAS RESUELTOS ....................................................................................................... 19 3. PROBABILIDAD CONDICIONAL .....................................................................................................37 3.1. DEFINICIÓN ............................................................................................................................ 37 3.2. ALGEBRA DE EVENTOS CONDICIONALES ............................................................................... 37 3.3. RECOMENDACIONES METODOLÓGICAS ............................................................................... 37 3.4. PROBLEMAS RESUELTOS ....................................................................................................... 38 3.5. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................... 49 4. TABLAS DE CONTINGENCIA Y TABLAS DE PROBABILIDAD .......................................................... 52 4.1. TABLAS DE CONTINGENCIA ................................................................................................... 52 4.2. TABLA DE PROBABILIDAD ...................................................................................................... 52 4.3. PROBLEMAS RESUELTOS ....................................................................................................... 53 4.4. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................... 64 5. ÁRBOL DE PROBABILIDAD Y FÓRMULA DE BAYES....................................................................... 69 5.1. ÁRBOL DE PROBABILIDAD ..................................................................................................... 69 5.2. FÓRMULA DE BAYES .............................................................................................................. 69 5.3. RECOMENDACIONES METODOLÓGICAS ............................................................................... 70 5.4. PROBLEMAS RESUELTOS ....................................................................................................... 71 5.5. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................... 89 6. ANÁLISIS COMBINATORIO Y APLICACIONES EN EL CÁLCULO DE PROBABILIDADES .................. 92 6.1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 92 6.2. LA NOTACIÓN FACTORIAL ..................................................................................................... 92 6.3. PROPIEDADES DEL FACTORIAL .............................................................................................. 92 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 2 6.4. PRINCIPIO FUNDAMENTAL DEL ANÁLISIS COMBINATORIO .................................................. 92 6.5. VARIACIONES ......................................................................................................................... 92 6.6. PERMUTACIONES .................................................................................................................. 93 6.7. PERMUTACIONES REPETIDAS ................................................................................................ 93 6.8. PERMUTACIONES CIRCULARES .............................................................................................. 93 6.9. COMBINACIONES................................................................................................................... 93 6.10. PROBLEMAS RESUELTOS ................................................................................................... 95 6.11. PROBLEMAS PROPUESTOS .............................................................................................. 112 7. DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD ............................................................................................. 118 7.1. DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD DISCRETA ...................................................................... 119 7.2. PROBLEMAS RESUELTOS ..................................................................................................... 120 7.3. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................. 136 8. DISTRIBUCIÓN BINOMIAL O DE BERNOUILLI ............................................................................. 141 8.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 141 8.2. PROPIEDADES DE LA DISTRIBUCIÓN BINOMIAL .................................................................. 141 8.3. PROBLEMAS RESUELTOS ..................................................................................................... 142 8.4. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................. 154 9. DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDADES PARA VARIABLE ALEATORIA CONTINUA ....................... 158 9.1. DISTRIBUCIÓN NORMAL ...................................................................................................... 158 9.2. PROPIEDADES DE LA CURVA NORMAL ................................................................................ 158 9.3. PROBABILIDAD CON LA CURVA NORMAL ........................................................................... 159 9.4. PROCESO DE CÁLCULO DE PROBABILIDADES EN LA DISTRIBUCIÓN NORMAL ................... 159 9.5. PROBLEMAS RESUELTOS ..................................................................................................... 160 9.6. PROBLEMAS PROPUESTOS .................................................................................................. 187 10. APROXIMACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN BINOMIAL A LA DISTRIBUCIÓN NORMAL ................... 190 10.1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 190 10.2. PROBLEMAS RESUELTOS ................................................................................................. 191 10.3. PROBLEMAS PROPUESTOS .............................................................................................. 200 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 3 1. DEFINICIÓN CLÁSICA DE PROBABILIDAD Y PROBABILIDAD COMO FRECUENCIA RELATIVA 1.1. EXPERIMENTO ALEATORIO Se dice que un experimento es aleatorio, cuando no se conoce con certeza el resultado de dicho experimento; sin embargo se conocen todos los resultados posibles de dicho experimento. Como ejemplos de experimentos aleatorios podemos citar los siguientes: 1. Lanzar al aire una moneda. 2. Extraer una carta de un mazo de naipes. 3. Lanzar un dado. A pesar que estos ejemplos giran en torno a los juegos de azar, esto sirvió como material de trabajo para la elaboración de un marco teórico matemático muy importante como es el cálculo de probabilidades; dentro de la administración podemos citar los siguientes ejemplos como experimentos aleatorios: 1. El volumen de ventas de un almacén para el año próximo. 2. La aceptación del consumidor de un nuevo producto. 3. La tasa de interés para el siguiente semestre. 1.2. EVENTO ALEATORIO Se denomina Evento al resultado de un experimento aleatorio. Obtener cara al lanzar la moneda, obtener un número par al lanzar un dado, obtener un seis de diamantes el momento de extraer una carta del mazo de naipes, son algunos eventos de los ejemplos que ilustran la definición anterior. 1.3. ESPACIO MUESTRAL Se denomina Espacio Muestral al conjunto formado por todos los eventos de un experimento aleatorio; como ejemplos de Espacio Muestral se pueden indicar los siguientes: Si el Experimento aleatorio es lanzar una moneda al aire, el Espacio Muestral sería: { } Si el Experimento Aleatorio es lanzar un dado, el Espacio Muestral sería: {} Si el Experimento Aleatorio es calificar la calidad de un artículo fabricado, el Espacio Muestral es: { } 1.4. PROBABILIDAD DE UN EVENTO La probabilidad de un evento aleatorio es la cuantificación de la ocurrencia de dicho evento, es decir, si podemos expresar mediante un número la ocurrencia de un suceso de carácter aleatorio, entonces hemos encontrado la probabilidad de ocurrencia de dicho evento. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 4 Sea un evento aleatorio, entonces: Representa la probabilidad de ocurrencia del evento , este valor se puede encontrar mediante la expresión: Ahora, la probabilidad de no-ocurrencia del suceso aleatorio será: La probabilidad de un evento A es un número positivo entre cero y uno, es decir: Ahora, la probabilidad de ocurrencia de un evento junto con la probabilidad de no ocurrencia del mismo reúne todo el todo el espacio Muestral, por lo que: Con lo que se puede expresar que: 1.5. MANERAS DE EXPRESAR LA PROBABILIDAD DE UN EVENTO La probabilidad de un evento puede expresarse de tres maneras: a. Como fracción, b. Como número decimal, c. Como porcentaje. Se tiene el siguiente ejemplo: Los registros diarios de lluvia indican que en los últimos 10 días, 7 de ellos han soportado fuertes aguaceros; Si el evento A es hoy llueve, la probabilidad de ocurrencia de a está dado por: 1.6. PROBABILIDAD EN DISTRIBUCIONES DE FRECUENCIA Una distribución de frecuencias es una asociación de los casos que se presentan en los diferentes valores que toma una variable, sea esta cualitativa o cuantitativa; se acostumbra a presentar una distribución de frecuencias en una tabla de simple entrada, tal como se indica a continuación: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 5 VARIABLE FRECUENCIA ( ) FRECUENCIA RELATIVA … … … ∑ ∑= ∑ 1.00 La frecuencia relativa de cada una de los valores que toma la variable en estudio está dado por: Observe que al determinar la frecuencia relativa para cada una de las clases o intervalos que conforman la distribución de frecuencias se utiliza la definición clásica de probabilidad es decir: la división de la frecuencia absoluta de cada uno de los intervalos (número de casos) para la suma de la frecuencia absoluta (el total de casos). Entonces: Se puede asociar la frecuencia relativa de cada una de las clases o intervalos de la distribución de frecuencias, con la probabilidad de ocurrencia, considerando como eventos del experimento aleatorio a cada una de las clases. Por otro lado, la suma de la frecuencia relativa, ahora probabilidad de ocurrencia de cada uno de los eventos es igual a 1. Entonces: La suma de la probabilidad de ocurrencia de todos los eventos, resultados del experimento aleatorio es igual a 1, es decir: Sean eventos de un experimento aleatorio, entonces: ∑ PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 6 1.7. PROBLEMAS RESUELTOS 1.1. Construya el Espacio Muestral para cada uno de los siguientes experimentos: a. Se pregunta a una persona la primera letra de su apellido. { } { } b. Se pregunta a cuatro personas el mes que nacieron. { } { } c. Se examinan ocho plantas y se registra el número de ellas atacadas por cierta enfermedad. { } { } d. Se escucha una estación de radio y se cuenta el número de segundos transcurridos hasta que escucha la palabra: sincatexpmatic { } e. Se determina el porcentaje de humedad relativa de un invernadero { } 1.2. Con el objeto de probar la afirmación de un adivino que asegura que posee una varilla capaz de detectar la presencia de agua y minerales en el subsuelo, se entierran cuatro recipientes, dos vacíos y dos llenos de agua. El adivino usará su varilla para examinar cada uno de los cuatro recipientes y decidir cuáles son los dos que contienen agua. a. Defina el experimento: Experimento aleatorio: seleccionar dos recipientes b. Cuál es el espacio muestral del experimento: Sean los eventos : Recipientes con agua. Recipientes sin agua. { } c. Si la varilla es completamente inservible para localizar agua, ¿cuál es la probabilidad de que el adivino identifique correctamente (al azar) los dos recipientes que contienen agua? Sea el evento C: seleccionar los dos recipientes con agua, entonces la probabilidad de ocurrencia de C está dado por: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 7 1.3. Se le pide a un catador de té que pruebe y clasifique tres variedades de té A, B y C de acuerdo con su preferencia. a. Defina el experimento Experimento aleatorio: ordenar por preferencia las tres variedades de té b. Describa el espacio muestral { } c. Si el catador no tuviera habilidad para distinguir la diferencia entre los tres tipos de té ¿cuál es la probabilidad de que concluya que el tipo A es el mejor?, ¿de que concluya que es el peor? Sea el evento D: el té A es el mejor (ocupa el primer lugar), entonces la probabilidad de ocurrencia de D está dado por: Sea el evento E: el té A es el peor (ocupa el tercer lugar), entonces la probabilidad de ocurrencia de E está dado por: 1.4. Una encuesta a 50 estudiantes de una escuela de Ciencias Administrativas, reveló la siguiente información acerca de la selección de carreras: 12 de Contabilidad, 3 de Finanzas, 13 de Sistemas de Información, 12 de Empresas y 10 de Mercadotecnia; suponga que selecciona a un (o una) estudiante y observa su opción profesional. a. ¿Cuál es el experimento? El experimento es observar la opción profesional del estudiante de la escuela de Ciencias Administrativas que ha sido seleccionado al azar. b. ¿Cuáles son los posibles resultados del experimento aleatorio? Evento A: Estudiante seleccionado de la carrera de Contabilidad. Evento B: Estudiante seleccionado de la carrera de Finanzas. Evento C: Estudiante seleccionado de la carrera de Sistemas de Información. Evento D: Estudiante seleccionado de la carrera de Empresas. Evento E: Estudiante seleccionado de la carrera de Mercadotecnia. c. ¿Son mutuamente excluyentes e igualmente probables los eventos? i. Todos los eventos indicados en el literal anterior son mutuamente excluyentes, la ocurrencia de cualquiera de ellos elimina la ocurrencia de todos los demás; ya que cada uno de los estudiantes pertenece a una sola carrera. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 8 ii. Los eventos A y D son equiprobables (igual probabilidad) dado que las carreras de Contabilidad y Empresas tienen el mismo número de estudiantes (12 estudiantes). d. ¿Cuál es la Probabilidad de que él o ella estudie la carrera de Sistemas de Información? 1.5. De una baraja de 20 cartas numeradas del 1 al 20, se extrae una carta al azar. ¿Cuál es la probabilidad de seleccionar una carta con un número divisible por 3? Sea el evento A: Extraer una carta con número divisible por 3; entonces los casos favorables al evento podrían ser: 3, 6, 9,12, 15, 18; es decir 6 cartas. La probabilidad de ocurrencia de A está dada por: 1.6.Los registros del servicio de salas de emergencia de un hospital indican lo siguiente en lo referente a un período de dos años: Ataque al corazón 12% Enfermedades respiratorias 20% Víctimas de accidentes 32% Envenenamiento 16% Otros 20% Suponiendo razonable el hecho de utilizar estos datos como constantes, como también que son eventos mutuamente excluyentes determinar: a. La probabilidad de atender a un paciente que ha sufrido un accidente o un ataque al corazón. b. La probabilidad de que los pacientes no sufran una enfermedad respiratoria. 1.7. Según una encuesta del semanario económico “El economista”, el 14% de los adultos creía muy posible un nuevo colapso bancario como el que hubo en 1999; el 43% de los adultos encuestados lo creía poco probable. Si se preguntara a un adulto al azar, ¿cuál es la probabilidad de que responda que no es probable un nuevo colapso bancario como el ocurrido en 1999? EVENTO DESCRIPCIÓN PROBABILIDAD DE OCURRENCIA A Colapso bancario muy posible 0.14 B Colapso bancario poco probable 0.43 C Colapso bancario no probable 0.43 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 9 1.8. Se numeran diez fichas del 0 al 9, y se colocan en una urna. Si mezcladas una vez se saca una ficha, determine la probabilidad de que sea: a. El número 3. Sea el evento A: “ficha con el número 3” b. Un número menor que 4 Sea B el evento “ficha menor que 4”, es decir: la ficha que contiene el 0, el 1, el 2 o el 3; es decir cuatro fichas; entonces la probabilidad de ocurrencia de B está dado por: c. Un número impar. Sea C el evento “ficha con número impar”, es decir: la ficha que contiene el 1, el 3, el 5, el 7 o el 9; es decir cinco fichas; entonces la probabilidad de ocurrencia de C está dado por: d. El número 10 Sea D el evento “Ficha con el número 10”, la probabilidad de ocurrencia de D está dado por: Recuerde que las fichas están marcadas con los números 0 a 9. Entonces la ficha 10 no existe. 1.9. Un pronóstico deportivo establece que las posibilidades de que el equipo local llegue a la final del campeonato nacional son 38/52 (casos a favor/casos en contra). a. ¿Cuál es la probabilidad de que el equipo local llegue a la final del campeonato nacional? Sea el evento A: equipo local llegue a la final del campeonato nacional, entonces, la probabilidad de que A ocurra está dado por: b. ¿Cuál es la probabilidad de que el equipo local no llegue a la final del campeonato nacional? Sea el evento A: equipo local llegue a la final del campeonato nacional, entonces, PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 10 Alternativa: Si A es el evento: “equipo local llegue a la final del campeonato nacional”, entonces, la probabilidad de que A no ocurra está dado por: 1.10. Hay 50 canicas en una urna: 20 azules, 15 rojas, 10 naranjas y 5 verdes; las canicas se mezclan y se selecciona una. Obtenga la probabilidad de que la que se saque sea: a) verde, b) azul, c) roja o verde, d) diferente a roja, e) azul o verde, f) amarilla, g) diferente de amarilla, h) naranja o azul. Sea el Evento: a. A: obtener una canica de color verde. b. B: obtener una canica de color azul. c. C: Obtener una canica de color rojo o de color verde. d. D: Obtener una canica de color diferente de rojo, e. E: Obtener una canica de color azul o de color verde, f. F: Obtener una canica de color amarillo, El evento F es un fracaso debido a que no existe en la urna ninguna canica de color amarillo g. G: obtener una canica de color diferente del amarillo, El evento G es un éxito debido a que todas las canicas de la urna son de color diferente del amarillo h. H: Extraer una canica de color naranja o de color azul, 1.11. Se lanzan dos dados, determinar la probabilidad en cada uno de los siguientes sucesos: a. La aparición en una sola tirada de dos dados 2 caras iguales. b. La aparición en una sola tirada de dos dados de una suma de 8 puntos. c. La aparición en una sola tirada de dos dados de la suma de 4 o 7 puntos. d. La aparición en una sola tirada de dos dado de la suma 3, 6 o 9 puntos. El Espacio muestral del experimento: “lanzar dos dados” se lo desarrolla en la siguiente tabla: 1,1 2,1 3,1 4,1 5,1 6,1 1,2 2,2 3,2 4,2 5,2 6,2 1,3 2,3 3,3 4,3 5,3 6,3 1,4 2,4 3,4 4,4 5,4 6,4 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 1,6 2,6 3,6 4,6 5,6 6,6 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 11 Se puede observar que al lanzar dos dados ocurre un total de 36 eventos. a. Sea el evento A: “Aparición en una sola tirada de dos dados 2 caras iguales”; entonces, los casos favorables al evento A son: 1,1; 2,2; 3,3; 4,4; 5,5; 6,6; es decir: 6 eventos. b. Sea el evento B: “Aparición en una sola tirada de dos dados de una suma de 8 puntos”; entonces, los casos favorables al evento B son: 2,6; 3,5; 4,4; 5,3; 6,2; es decir: 5 eventos. c. Sea C el evento “Aparición en una sola tirada de dos dados de la suma de 4 o 7”; entonces, los casos favorables al evento C son: 1,3; 2,2; 3,1; 1,6; 2,5; 3,4; 4,3; 5,2; 6,1; es decir: 9 eventos. d. Sea D el evento “Aparición en una sola tirada de dos dados de la suma de 3, 6 o 9 puntos”; entonces, los casos favorables al evento C son: 1,2; 2,1; 1,5; 2,4; 3,3; 4,2; 5,1; 3,6; 4,5; 5,4; 6,3. Es decir: 11 casos. 1.12. El gerente de un almacén vende de 0 a 4 cofres de porcelana cada semana. Con base en la experiencia, se asignan las siguientes probabilidades de vender 0, 1, 2, 3 o 4 cofres: , , , , Cofres vendidos Probabilidad 0 0.08 1 0.08 2 0.32 3 0.30 4 0.12 Más de 4 0.10 1.00 a. Sea A el evento en el cual se venden 2 o menos en una semana, Determine b. Sea B el evento se venden algún cofre en una semana, determine Si B es el evento: se vende algún cofre en una semana, entonces B’ es el evento: no se vende ningún cofre en una semana. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 12 c. Sea C el evento se en cual se venden 4 o más en una semana, Determine 1.13. Encuentre la probabilidad de la aparición de al menos una cara en tres lanzamientos de una moneda. Solución.- El espacio muestral del experimento lanzar tres veces al aire una moneda está dado por: { } Sea el evento A: obtener al menos una cara en tres lanzamientos al aire de una moneda. 1.14. El secretario de un sindicato redactó una lista con un conjunto de demandas salariales y prestaciones que se presentará al gerente de la empresa. Para darse una idea del grado de apoyo que existe entre los trabajadores con respecto al paquete de demandas, hizo un sondeo aleatorio entre los dos grupos principales de trabajadores, los maquinistas(M) y los inspectores (I). Tomó 30 trabajadores de cada grupo con los resultados siguientes: Opinión sobre el paquete Maquinistas Inspectores Apoyo fuerte 9 10 Apoyo leve 11 3 Indecisos 2 2 Levemente opuestos 4 8 Fuertemente opuestos 4 7 Total 30 30 a. Construya la tabla de frecuencias relativas para Maquinistas, inspectores y Maquinistas e Inspectores. Opinión sobre el paquete Maquinistas Inspectores M-I F. absoluta F. relativa F. absoluta F. relativa F. absoluta F. relativa Apoyo fuerte (A) 9 0.30 10 0.33 19 0.32 Apoyo leve (B) 11 0.37 3 0.10 14 0.23 Indecisos (C) 2 0.07 2 0.07 4 0.07 Levemente opuestos (E) 4 0.13 8 0.27 12 0.20 Fuertemente opuestos (F) 4 0.13 7 0.23 11 0.18 Total 30 1.00 30 1.00 60 1.00 b. Cuál es la probabilidad de que un maquinista, seleccionado al azar del grupo sondeado, apoye levemente el paquete; PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 13 c. Cuál es la probabilidad de que un inspector, seleccionado al azar del grupo sondeado, esté indeciso con respecto al paquete; d. Cuál es la probabilidad de que un trabajador (maquinista o inspector), seleccionado al azar del grupo sondeado, apoye el paquete ya sea fuerte o levemente; 1.15. El estudio de suscriptores de un semanario económico reveló los siguientes datos que muestran el valor total de las acciones poseídas por 2536 personas que respondieron a una encuesta de negocios: Cantidad (USD$) Suscriptores < que $ 15000 347 $ 15000 - $ 49999 411 $ 50000- 99999 335 $ 100000- 299999 619 $300000 o más 824 a. Determine la frecuencia relativa y asóciela con la probabilidad de ocurrencia: Cantidad (USD) Suscriptores Frecuencia relativa < que $ 15,000 (A) 347 0.14 $ 15,000 - $ 49,999 (B) 411 0.16 $ 50,000 - $ 99,999 (C) 335 0.13 $ 100,000 - $ 299,999 (D) 619 0.24 $300, 000 o más (F) 824 0.32 2536 1.00 Suponga que se selecciona un suscriptor al azar, b. Determine la probabilidad de que el suscriptor seleccionado posea acciones de al menos $ 50,000 pero menor a $ 100,000; c. Encuentre la probabilidad de que el suscriptor seleccionado posea un valor total de las acciones menor de $ 50,000; d. Cuál es la probabilidad de que el suscriptor seleccionado tenga un valor total de las acciones de $ 100,000 dólares a más; PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 14 1.8. PROBLEMAS PROPUESTOS 1.16. Un experimento aleatorio consiste en lanzar al aire dos monedas, a. Construya el espacio muestral para el experimento descrito: b. Describa los casos que podrían ocurrir en el evento obtener solamente cara al lanzar al aire dos monedas. R: { }; 1.17. Con el objeto de probar la afirmación de un adivino que asegura que posee una varilla capaz de detectar la presencia de agua y minerales en el subsuelo, se entierran cinco recipientes, tres vacíos y dos llenos de agua. El adivino usará su varilla para examinar cada uno de los cinco recipientes y decidir cuáles son los dos que contienen agua. a. Defina el experimento b. Cuál es el espacio muestral del experimento: c. Si la varilla es completamente inservible para localizar agua, ¿cuál es la probabilidad de que el adivino identifique correctamente (al azar) los dos recipientes que contienen agua? R: 1/10 1.18. Los datos reunidos por el administrador de una tienda indican que 915 de 1500 compras dominicales exceden de $ 10,00 (diez dólares). ¿Cuál es la probabilidad de que cualquier cliente dominical gastara más de $ 10,00? R: 0.61 1.19. En una encuesta acerca del tránsito existente en la autopista del valle de los Chillos, entre las 7:00 y las 8:00 se observó que de 200 automóviles sometidos a una revisión de seguridad al azar, 25 tenían neumáticos en mal estado. Estime la probabilidad de que un auto que se detienen en ese lapso en la misma sección de la autopista no tenga los neumáticos defectuosos. R: 7/8 1.20. Un camión cargado con 10000 cajas de pañuelos desechables llegan al almacén. En las cajas hay un letrero que dice “400 pañuelos”, pero en una revisión de 300 cajas revela que 45 de ellas contienen menos de 400 pañuelos. a. Calcule la probabilidad de que cualquier otra caja contenga menos de 400 pañuelos. b. Utilizando el resultado obtenido, estime la cantidad de cajas del lote de 10000 que podría tener menos de 400 pañuelos. R: 0.15; 1500 1.21. Se lanzan dos dados, determinar la probabilidad en cada uno de los siguientes sucesos: a. La aparición en una sola tirada de dos dados de una suma de 6 puntos. b. La aparición en una sola tirada de dos dados de la suma de 3 o 8 puntos. c. La aparición en una sola tirada de dos dados de la suma un número par de puntos. R: 5/36; 7/36; 1/2 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 15 1.22. Se lanzan tres monedas juntas, ¿cuál es la probabilidad de obtener por lo menos dos caras? R: 1/2 1.23. Durante el año anterior las ventas semanales en un almacén de artículos de turismo han sido “bajas” durante 16 semanas, “considerables” durante 27 semanas y “altas” el resto de semanas. ¿cuál es la probabilidad de que las ventas de esta semana sean? a. Considerables. b. Bajas. c. Altas. d. Por los menos considerables. Ventas Frecuencia Frecuencia relativa Frecuencia acumulada Bajas 16 0,31 0,31 Considerables 27 0,52 0,83 Altas 9 0,17 1,00 52 1,00 R: 0.31; 0.52; 0.17; 0.69 1.24. La siguiente tabla muestra el número de computadores vendidos diariamente por una tienda minorista. Número de computadores vendidos Número de días 0 12 1 43 2 18 3 20 4 25 Determine la probabilidad de que el número de computadores que se vendan hoy sea: a. Dos computadores. b. Menos de tres computadores. R: 0.15; 0.62 1.25. Una empresa tiene 100 empleados. 57 de ellos son trabajadores de la producción, 40 son supervisores, 2 son secretarias y el empleado que queda es el presidente; suponga que se selecciona un empleado: a. ¿Cuál es la probabilidad de que el empleado seleccionado sea un trabajador de producción? b. ¿Cuál es la probabilidad de que el empleado seleccionado sea un trabajador de producción o un supervisor? c. Cuál es la probabilidad de que el empleado seleccionado no sea secretaria. d. ¿Cuál es la probabilidad de que el empleado seleccionado no sea trabajador de la producción ni supervisor? R: 0.57; 0.61; 0.02; 0.98; 0.39 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 16 1.26. En una caja hay 24 bolas del mismo tamaño pero de 3 colores diferentes. Si al sacar una bola cualquiera las probabilidades de que salgan: una bola roja es 0.5, una verde 0.375 y una azul es 0.125, ¿en cuánto excede el número de bolas rojas al de azules? R: 9 bolas 1.27. Se extrae una bola de una urna que contiene 4 bolas blancas, 5 rojas y 3 negras, calcule la probabilidad de que: a. No sea negra b. Sea negra o sea roja c. Sea blanca o sea negra. R: 3/4; 2/3; 1/3 1.28. Suponga que un gerente de un gran complejo de apartamentos elabore los estimados de probabilidad que se indica sobre la cantidad de apartamentos que estarán vacíos el próximo mes; encuentre además las siguientes probabilidades: Vacantes Probabilidad 0 0.05 1 0.15 2 0.35 3 0.25 4 0.10 5 0.10 a. No hay apartamentos vacíos. b. Sea el evento B: “Cuando menos hay cuatro apartamentos vacíos”. c. Sea el evento C: “Hay dos o menos apartamentos vacíos”. R: 0.05; 0.20; 0.55 1.29. Una encuesta de 50 alumnos de una preparatoria, sobre la cantidad de actividades extracurriculares,dio como resultado los datos de la siguiente tabla: Cantidad de actividades Frecuencia 0 8 1 20 2 12 3 6 4 3 5 1 a. Sea el evento en que un alumno participe al menos en 1 actividad, determine b. Sea el evento en que un alumno participa en 3 o más actividades. determine c. Cuál es la probabilidad de que un alumno participe exactamente en 2 actividades. R: 0.84; 0.20; 0.24 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 17 1.30. Se tiene una distribución de frecuencias de las comisiones anuales por ventas tomada de un estudio de 300 vendedores promedio; Determine la probabilidad de que un vendedor promedio obtenga una comisión de: Comisión anual ($) Frecuencia 0 – 4,999 15 5,000 – 9,999 25 10,000 – 14,999 35 15,000 – 19,999 125 20,000 – 24,999 70 25,000 – más 30 a. Entre $ 5,000 y $ 10,000 b. Menor de $ 15,000 c. Más de $ 20,000 d. Entre $ 15,000 y $ 20,000 R: 0.08; 0.25; 0.33; 0.42 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 18 2. EVENTOS COMBINADOS 2.1. RELACIÓN ENTRE EVENTOS Se dice que A y B son eventos mutuamente excluyentes, si la ocurrencia de uno de ellos elimina automáticamente la ocurrencia del otro, y viceversa. Se dice que A y B son eventos independientes si la ocurrencia de uno de ellos no influye en la ocurrencia del otro. Se dice que dos o más eventos son equiprobables si tienen la misma probabilidad de ocurrencia. 2.2. COMBINACIÓN DE EVENTOS Sean y dos eventos, entonces se presentan las siguientes combinaciones: A o B: Representa la ocurrencia de alguno de ellos A o B; pero no los dos simultáneamente. A y B: Representa la ocurrencia simultánea de los dos eventos. 2.3. PROBABILIDAD DE EVENTOS COMBINADOS Probabilidad de ocurrencia de uno de los eventos: Si los eventos A y B son mutuamente excluyentes, entonces: Probabilidad de eventos independientes: 2.4. RECOMENDACIONES METODOLÓGICAS Para la resolución de problemas que involucren la probabilidad de eventos combinados es conveniente tomar en cuenta las siguientes recomendaciones metodológicas: Organice la información disponible en una tabla en la cual se registre la identificación y descripción de los eventos, el número de casos, la probabilidad de ocurrencia y – de ser requerida – a probabilidad de no ocurrencia de los eventos. Establezca la relación existente entre los eventos, es decir si: son mutuamente excluyentes, eventos independientes, eventos equiprobables o eventos colectivamente exhaustivos. Desarrolle las expresiones de cálculo a manera de ecuaciones, utilice fracciones mientras sea posible. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 19 2.5. PROBLEMAS RESUELTOS 2.1. Suponga que: , y a. ¿Son mutuamente excluyentes y ? justifique la respuesta. No; Dos eventos, y B, son mutuamente excluyente si se cumple con: Dado que , entonces y no son mutuamente excluyentes. b. Encuentre c. Obtenga 2.2. Se consideran dos sucesos A y B asociados a un experimento aleatorio con , y . ¿Son independientes A y B? Razone su respuesta. Sean A y B dos eventos independientes. Entonces: Como , A y B no son independientes. 2.3. Suponga (aunque no es cierto) que un individuo paranoico no puede ser esquizofrénico. Si la probabilidad de que alguien sea paranoico es 0.01 y la probabilidad de que sea esquizofrénico es 0.02 ¿Cuál es la probabilidad de que sea esquizofrénico o paranoico? Evento Probabilidad de Ocurrencia A: Paranoico 0.01 B: Esquizofrénico 0.02 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 20 2.4. En la universidad local el 30% de los estudiantes son costeños, el 10% estudia medicina, el 1% son costeños y estudian medicina. Si selecciona un estudiante al azar de la universidad ¿cuál es la probabilidad de que sea costeño o estudie medicina? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Estudiante costeño 0.30 0.70 B Estudiante de medicina 0.10 0.90 A y B Estudiante costeño y de medicina 0.01 0.99 La probabilidad de que un estudiante elegido al azar sea costeño o estudie medicina está dado por: 2.5. Un almacén de implementos deportivos vende dos tipos de zapatos para correr: Avion’s y Speedy. Las probabilidades de que un cliente compre los Avion´s es 0.40 y de que compre los Speedy es de 0.30; la probabilidad de que compre ambos es 0.10. ¿cuál es la probabilidad de que un cliente compre zapatos Avion´s o Speedy? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia A Cliente compre zapatos Avion’s 0.40 B Cliente compre zapatos Speedy 0.30 A y B Cliente compra ambas marcas 0.10 2.6. Sean A y B sucesos asociados a un experimento aleatorio. Sabiendo que , Si A y B son independientes, determinar: a. La probabilidad de que se verifique A y B. b. La probabilidad de que se verifique A y no B. c. La probabilidad de que no se verifiquen ni A ni B. Evento Probabilidad Ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A 0.14 0.86 B 0.15 0.85 A y B son eventos independientes. a. La probabilidad de que se verifique A y B. b. La probabilidad de que se verifique A y no B. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 21 c. La probabilidad de que no se verifiquen A ni B. 2.7. Sean los eventos A: Una persona corre 5 Km o más por semana. B: Una persona muere por enfermedad del corazón. C: Una persona muere de cáncer; Además, suponga que , y . a. Si los eventos A y B son mutuamente excluyentes, se puede determinar Si los eventos A y B son mutuamente excluyentes, entonces: b. Si los eventos B y C son mutuamente excluyentes, calcule la probabilidad de que una persona muera del corazón o de cáncer. Al ser los eventos B y C mutuamente excluyentes se tiene que , entonces: c. Si los eventos B y C son independientes, calcule la probabilidad de que una persona muera del corazón y de cáncer. Al ser B y C eventos independientes se tiene que: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 22 2.8. Sean A y B dos eventos independientes, sabiendo que y que se pide calcular la probabilidad de A y la probabilidad de B. Si A y B son eventos independientes se tiene: Sabiendo que: y que: [ ] Ecuación (1) en ecuación (2) 2.9. Armco, un fabricante de sistemas de semáforos, descubrió que,en las pruebas de vida acelerada, 95% de los sistemas recién desarrollados duraban 3 años antes de descomponerse al cambiar de señal; si una ciudad compra cuatro de estos sistemas, ¿cuál es la probabilidad de que los cuatro sistemas funcionen adecuadamente durante 3 años por lo menos? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Sistema A funciona adecuadamente 0.95 0.05 B Sistema B funciona adecuadamente 0.95 0.05 C Sistema C funciona adecuadamente 0.95 0.05 D Sistema D funciona adecuadamente 0.95 0.05 A, B, C y D son eventos independientes. Sea el evento E: Los cuatro sistemas funcionan adecuadamente, entonces, la probabilidad de que los 4 sistemas funcionen adecuadamente, tomando en cuenta que son eventos independientes, está dada por: 2.10. En la compra de una pizza grande en Tony’s Pizza, el cliente recibe un cupón, que puede raspar para ver si tiene premio. Las posibilidades de ganar un refresco son de 1 en 10, y las posibilidades de ganar una pizza grande son de 1 en 50. Usted tiene planes de almorzar mañana en Tony’s Pizza. Encuentre la probabilidad de que usted: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 23 a. Gane una pizza grande o un refresco. b. No gane nada. c. No gane nada en tres visitas consecutivas a Tony’s. d. Gane por lo menos algo en sus siguientes tres visitas a Tony’s. Evento Descripción Probabilidad de ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Cliente gana un refresco 1/10 9/10 B Cliente gana una pizza grande 1/50 49/50 A, B son eventos independientes. A, B son mutuamente excluyentes. a. La probabilidad de que gane una pizza grande o un refresco está dado por: Al ser A y B eventos mutuamente excluyentes, se tiene: b. La probabilidad de que no gane nada está dado por: c. No gane nada en tres visitas consecutivas a Tony’s Evento Descripción Probabilidad de ocurrencia C Cliente no gana nada en la primera visita 441/500 D Cliente no gana nada en la segunda visita 441/500 E Cliente no gana nada en la tercera visita 441/500 C, D y E son eventos independientes. d. Sea el evento F: Gane por lo menos algo en sus siguientes tres visitas a Tony’s. El evento “Gane por lo menos algo en sus siguientes tres visitas a Tony’s” es la negación del evento “No gane nada en tres visitas consecutivas a Tony’s” entonces, la probabilidad de ocurrencia de F está dado por: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 24 2.11. Suponga que la probabilidad de que cualquier vuelo de Northwest Airlines llegue más tarde de la hora programada es de 0.90. Seleccione cuatro vuelos de ayer para estudiarlos. a. ¿Cuál es la probabilidad de que los cuatro vuelos seleccionados lleguen más tarde de la hora programada? b. ¿Cuál es la probabilidad de que ninguno de los vuelos seleccionados lleguen más tarde de la hora programada? c. ¿Cuál es la probabilidad de que por lo menos uno de los vuelos seleccionados no llegue más tarde de la hora programada? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Vuelo A llegue más tarde después de la hora programada 0.90 0.10 B Vuelo B llegue más tarde después de la hora programada 0.90 0.10 C Vuelo C llegue más tarde después de la hora programada 0.90 0.10 D Vuelo D llegue más tarde después de la hora programada 0.90 0.10 A, B, C y D son eventos independientes a. La probabilidad de que los cuatro vuelos seleccionados lleguen más tarde de la hora programada está dado por: b. La probabilidad de que ninguno de los cuatro vuelos seleccionados lleguen más tarde de la hora programada está dado por: c. Sea F el evento: “Al menos uno de los cuatro vuelos seleccionados no llega más tarde de la hora programada”; la negación del evento F es: “ninguno de los cuatro vuelos seleccionados no llegan más tarde de la hora programada”(ninguno llega a tiempo; todos llegan tarde); entonces la probabilidad de ocurrencia de F está dado por: 2.12. Quedan cuatro equipos deportivos en una competencia de eliminatorias. Si un equipo resulta favorecido en el marcador de la semifinal con probabilidades de 2 a 1, y otro resulta favorecido en su partido con probabilidades de 3 a 1. Determine la probabilidad de que: a. Ambos equipos ganen sus juegos b. Ninguno de los equipos gane su juego. c. Cuando menos uno de los equipos gane su juego. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 25 Evento Identificación Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia Un equipo gane semifinal A 2/3 1/3 Otro equipo gane semifinal B 3/4 1/4 A y B son independientes a. La probabilidad que ambos equipos ganen sus juegos está dada por: b. La probabilidad que ninguno de los dos equipos gane su juego está dada por: c. Sea C el evento cuando menos uno de los equipos gane su juego, entonces la probabilidad que C ocurra está dado por: 2.13. Un inversionista compró 100 acciones de Fifth Third Bank y 100 de Santee Electric Cooperative. La probabilidad de que las acciones del banco incrementen su valor en un año es de 0.70. La probabilidad de que las utilidades de la compañía eléctrica se incrementen en el mismo periodo es de 0.60. a. ¿Cuál es la probabilidad de que alguna de las dos acciones aumenten de precio durante el periodo? b. ¿Cuál es la probabilidad de que las acciones del banco incrementen su precio, aunque las utilidades no lo hagan? c. ¿Cuál es la probabilidad de que por lo menos una de las acciones aumente de precio? Evento Identificación Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Acciones de Fifth Third Bank suben de precio 0.70 0.30 B Utilidades de Santee Electric incrementan 0.60 0.40 A, B eventos independientes. a. La probabilidad de que alguna de las dos acciones aumente de precio durante el período está dado por: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 26 b. La probabilidad de que las acciones del banco incrementen su precio, aunque las utilidades no lo hagan está dado por: c. La probabilidad de que por lo menos una de las acciones aumente de precio está dado por: [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 2.14. La probabilidad de A y B (tomates) de estar sanos dentro de 10 días es 0.5 y 0.6 respectivamente. a. ¿cuál es la probabilidad de que ambos lo estén? b. ¿cuál es la probabilidad que algún tomate esté sano? c. ¿Cuál es la probabilidad de que ningún tomate esté sano? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Tomate A sano 0.50 0.50 B Tomate B sano 0.600.40 A y B son eventos independientes. a. La probabilidad de que ambos tomates estén sanos está dada por: b. La probabilidad de que algún tomate esté sanos está dada por: c. La probabilidad de que ningún tomate esté sano está dada por: 2.15. Se escuchan 3 discos y se vuelven a guardar al azar. ¿Cuál es la probabilidad de que al menos uno de los discos haya sido guardado en el envoltorio que le correspondería? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Disco A se guarda correctamente 0.50 0.50 B Disco B se guarda correctamente 0.50 0.50 C Disco C se guarda correctamente 0.50 0.50 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 27 D: Alguno de los tres discos se guarda en su envoltorio correspondiente. D’: ninguno de los tres discos se guarda en su envoltorio correspondiente. 2.16. Una compañía que fabrica cristalería cuenta con proceso de inspección que consta de cuatro pasos. Los directivos de la compañía afirman que la probabilidad que un artículo defectuoso que no sea detectado es de casi el 20%. Con esta cifra: a. Encuentre la probabilidad de que un artículo defectuoso pase las cuatro etapas sin ser detectado. b. ¿Cuál sería su respuesta se agrega una quinta etapa, con un 50% de probabilidad de detectar los artículos defectuosos? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Artículo defectuoso no detectado en el paso 1 0.20 0.80 B Articulo defectuoso no detectado en el paso 2 0.20 0.80 C Artículo defectuoso no detectado en el paso 3 0.20 080 D Artículo defectuoso no detectado en el paso 4 0.20 0.80 E Artículo defectuoso no detectado en el paso 5 0.50 0.50 a. La probabilidad de que un artículo defectuoso pase las cuatro etapas sin ser detectado está dado por: b. Al agregar una quinta etapa, con un 50% de probabilidad de detectar los artículos defectuosos, la probabilidad de que un artículo defectuoso pase las cinco etapas sin ser detectado está dado por: 2.17. Tres cazadores A, B y C pueden dar en el blanco con probabilidades de 1/3, 1/4 y 1/5, respectivamente. Cuando los tres cazadores encuentran un oso y disparan simultáneamente, determine: a. La probabilidad de que los tres fallen. b. La probabilidad de que al menos uno de ellos acierte. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 28 Evento Descripción Probabilidad de ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Cazador A da en el blanco 1/3 2/3 B Cazador B da en el blanco 1/4 3/4 C Cazador C da en el blanco 1/5 4/5 A, B, C son eventos independientes a. La probabilidad de que los tres cazadores fallen está dado por: b. Sea el evento D el evento al menos uno de los tres cazadores acierte, entonces la probabilidad de ocurrencia de D está dado por: 2.18. Dos componentes, A y B, operan en serie. (Dos componentes A y B están en serie si ambos deben trabajar para que el sistema funcione). Suponga que los dos componentes son independientes. ¿Cuál es la probabilidad de que el sistema funcione en estas condiciones? La probabilidad de que A funcione es de 0.90, igual que la de B. Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Componente A funciona 0.90 0.10 B Componente B funciona 0.90 0.10 2.19. Usted hace un viaje aéreo que involucra tomar tres vuelos independientes. Si existe 80% de probabilidades de que cada etapa específica del viaje se realice a tiempo, ¿cuál es la probabilidad de que los tres vuelos lleguen a tiempo? Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Vuelo A llega a tiempo 0.80 0.20 B Vuelo B llega a tiempo 0.80 0.20 C Vuelo C llega a tiempo 0.80 0.20 A, B y C son eventos independientes. Dado que los vuelos son independientes, la probabilidad que los tres vuelos lleguen a tiempo está dado por: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 29 2.20. Una compañía de exploración petrolera perfora un pozo si considera que existe por lo menos un 25% de posibilidad de encontrar petróleo. Si perfora cuatro pozos, a los que asigna las probabilidades: 0.30, 0.40, 0.70 y 0.80. a. Encontrar la probabilidad de que ninguno de los pozos se obtenga petróleo, utilizando las cifras de la compañía. b. Calcular la probabilidad de que los cuatro pozos produzcan petróleo. c. ¿Cuál es la probabilidad de que los pozos con una probabilidad de 0.30 y 0.70 produzcan petróleo y los otros no? Evento Identificación Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia Obtener petróleo pozo A A 0.30 0.70 Obtener petróleo pozo B B 0.40 0.60 Obtener petróleo pozo C C 0.70 0.30 Obtener petróleo pozo D D 0.80 0.20 a. La probabilidad de que ninguno de los pozos se obtenga petróleo, utilizando las cifras de la compañía está dado por: b. La probabilidad de que en los cuatro pozos se obtenga petróleo, utilizando las cifras de la compañía está dado por: c. La probabilidad de que los pozos con una probabilidad de 0.30 y 0.70 produzcan petróleo y los otros no, está dado por: 2.21. La probabilidad de que una mujer viva dentro de 30 años es 0.25 y la probabilidad de que su hijo viva dentro de 30 años es 0.9. Cuál es la probabilidad de que: a. Vivan los dos dentro de 30 años. b. Únicamente viva la madre. c. Únicamente viva el hijo. d. Al menos viva uno de los dos. Evento Descripción Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Madre viva dentro de 30 años 0.25 0.75 B Hijo viva dentro de 30 años 0.90 0.10 A, B son eventos independientes. PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 30 a. La probabilidad de que los dos (madre e hijo) vivan dentro de 30 años está dado por: b. La probabilidad de que únicamente viva la madre está dado por: c. La probabilidad de que únicamente viva el hijo está dado por: d. La probabilidad de que viva al menos uno de los dos está dado por: [ ] [ ] [ ] [ ] 2.22. El departamento administrativo de la Universidad tiene acceso a tres impresoras. La probabilidad de que cada una esté fuera de servicio es 0.20, 0.25 y 0.30 respectivamente tal como se resume: Evento Descripción Probabilidad de ocurrencia Probabilidad no ocurrencia A Primera impresora funciona 0.80 0.20 B Segunda impresora funciona 0.75 0.25 C Tercera impresora funciona 0.70 0.30 A, B y Cson eventos independientes Asumiendo independencia entre ellas encuentre la probabilidad de que: a. La primera y la segunda estén fuera de servicio b. La primera y la tercera estén fuera de servicio c. Todas estén fuera de servicio d. Ninguna esté fuera de servicio e. Una esté fuera de servicio f. Dos estén fuera de servicio g. Dos o más este fuera de servicio. a. La probabilidad de que la primera y la segunda impresoras estén fuera de servicio es: b. La probabilidad de que la primera y la tercera impresoras estén fuera de servicio es: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 31 c. La probabilidad de que las tres impresoras estén fuera de servicio está dado por: d. La probabilidad de que ninguna de las tres impresoras estén fuera de servicio está dado por: e. Sea D el evento “una de las tres impresoras está fuera de servicio”, entonces: [ ] f. Sea F el evento “dos impresoras está fuera de servicio”, entonces, la probabilidad de ocurrencia de F está dado por: [ ] g. Sea G el evento “dos o más impresoras están fuera de servicio”, entonces, la probabilidad de ocurrencia de G está dado por: [ ] 2.23. Obtenga la probabilidad de que Rumiñahui y Eugenio Espejo hayan nacido el mismo día de la semana. La probabilidad que Rumiñahui Y Eugenio Espejo hayan nacido un día cualquiera es ; y la probabilidad que hayan nacido ese mismo día es 1/49; tal como se indica en el cuadro siguiente: Día R: Rumiñahui E: Espejo L:Lunes M: Martes M: Miércoles J: Jueves V: Viernes S:Sábado D:Domingo Entonces la probabilidad de que Espejo y Rumiñahui hayan nacido el mismo día, es: PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 32 2.24. Un estudio realizado por una empresa que renta vehículos reveló que en los últimos 12 meses el 45% de los clientes habían rentado un automóvil por asuntos de negocios, 54% por motivos personales y 30% por motivos personales y negocios a la vez. a. ¿Cuál es la probabilidad que el próximo cliente rente un automóvil por motivos de negocios o personales? b. ¿Cuál es la probabilidad de que el próximo cliente no rente un automóvil por negocios o asuntos personales? Evento Representación Probabilidad P Renta por negocio A 0.45 Renta por motivos personales B 0.54 Renta por negocios y motivos personales A y B 0.30 a. Probabilidad de que se rente un automóvil durante los últimos doce meses por motivos de negocios o personales. b. Probabilidad de que no se alquile un automóvil durante los últimos doce meses por motivos de negocios o personales. 2.25. Muchos fanáticos de los deportes conocen la habilidad de Jaime para pronosticar quienes serán los equipos ganadores en fútbol. Observaron que sucede a razón de 0.80. Jaime elige los ganadores de los cuatro partidos próximos. Encuentre probabilidades de que: a. Ninguno sea correcto. b. No todos los pronósticos de juego sean correctos. c. Uno sea incorrecto d. Tres sean incorrectos. Evento Identificación Probabilidad ocurrencia Probabilidad no ocurrencia Acertar resultado partido A A 0.80 0.20 Acertar resultado partido B B 0.80 0.20 Acertar resultado partido C C 0.80 0.20 Acertar resultado partido D D 0.80 0.20 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 33 PROBLEMAS PROPUESTOS 2.26. Si la probabilidad de ocurrencia de dos sucesos independientes es 0,2 y la de ocurrencia de uno de ellos es 0,7, ¿cuál es la probabilidad de ocurrencia del otro suceso? R: 0.28 2.27. Dos sucesos tienen probabilidades 0.40 y 0.50; sabiendo que son independientes, calcule la probabilidad de que no suceda ninguno de los dos. R: 0.30 2.28. La Distribuidora vinícola La rioja preguntó a sus clientes si consumían vino entre semana. Los resultados fueron que el 57% consumen vinos del país, el 33% vinos de importación, y el 63% consumen vinos del país y vinos importados. ¿Cuál es la probabilidad de que un cliente de la vinícola consuma vino importado o del país en una semana cualquiera? R: 0.27 2.29. En una clase hay 16 niños y 24 niñas. La mitad de los niños y la mitad de las niñas tienen pelo negro. Cuál es la probabilidad de que un alumno seleccionado al azar sea niño o tenga el pelo negro. R: 7/10 2.30. La probabilidad de cara de dos monedas “arregladas” son 0,4 y 0,7 respectivamente. Calcular la probabilidad de que al lanzar las dos monedas salga sólo una cara. R: 0.54 2.31. Repetir el ejercicio anterior considerando que las monedas están bien construidas. R: 0.50 2.32. Los estudiantes A y B tienen respectivamente probabilidades 1/2 y 1/5 de aprobar el examen de Estadística. La probabilidad de que aprueben el examen simultáneamente es de 1/10. Determinar la probabilidad de que al menos uno de los dos estudiantes apruebe el examen. R: 3/5 2.33. Se descubrió que 60% de los turistas que fue a China visitaron la Ciudad Prohibida, el Templo del Cielo, la Gran Muralla y otros sitios históricos dentro o cerca de Beijing. 40% de ellos visitó Xi’an, con sus magníficos soldados, caballos y carrozas de terracota, que yacen enterrados desde hace 2 000 años. 30% de los turistas fueron tanto a Beijing como a Xi’an. ¿Cuál es la probabilidad de que un turista haya visitado uno de estos dos lugares? R: 0.70 2.34. Luis compra tres acciones diferentes. La probabilidad de que la primera aumente de valor es 1/3, la probabilidad de que la segunda aumente es de 3/4 y la probabilidad de que la tercera aumente su valor es 1/10. Determine la probabilidad de que: a. Todas aumenten de valor b. Ninguna aumente de valor c. Una aumente de valor d. Dos aumenten de valor e. Por lo menos una aumente de valor R: 1/40; 3/20; 13/24; 17/60; 17/20 PROBABILIDAD, COMBINATORIA Y DISTRIBUCIÓN DE PROBABILIDAD pág. 34 2.35. Una encuesta realizada a 867 televidentes sobre si la programación de la televisión nacional en términos de la cantidad de violencia y la calidad general de la programación arrojó los siguientes resultados: 624 televidentes opinaron que se había incrementado la cantidad de violencia en los programas de TV en los últimos 10 años. 390 opinaron que la calidad de la programación había disminuido durante los mismos diez años. 234 televidentes respondieron que había aumentado la cantidad de violencia en los programas y también que la calidad había disminuido. a. Si es el evento en que la cantidad de violencia ha aumentado y el evento en que la calidad de la programación ha disminuido, calcule las probabilidades , y . b. Use los resultados del inciso
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