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Estadística Descriptiva y Probabilidades SESIÓN 8 TEMARIO 1. Técnicas de conteo. 2. Introducción a la probabilidad. LOGRO DE LA SESIÓN Al finalizar la sesión de clase, aplica las técnicas de conteo y los conceptos de probabilidad clásica. Las técnicas de conteo son un conjunto de procedimientos, formas o maneras que permiten conocer la cantidad de arreglos o selecciones que se pueden formar con los elementos de un conjunto dado. Estas herramientas son de mucha utilidad para poder resolver y comprender los casos de probabilidades. Técnicas de conteo Técnicas de conteo Señalar las maneras diferentes de vestir de una persona, utilizando un número determinado de prendas de vestir Contestar 7 preguntas de un examen de 10 Técnicas de conteo Ordenar 5 artículos en 7 casilleros Designar 5 personas de un total 50 para integrar una comisión Para dichos casos es útil conocer determinadas técnicas o estrategias de conteo que facilitarán el cálculo señalado estas son: Técnicas de conteo Reglas de la adición Reglas de la multiplicación Diagrama de árbol Análisis combinatorio Regla de la adición Técnicas de conteo El evento A o el evento B se realizarán de (m + n) maneras. Un evento A se puede realizar de “m” maneras diferentes Un evento B se puede realizar de “n” maneras diferentes Además, no es posible que ambos eventos se realicen juntos (A B = ) Entonces: Un Ingeniero de Sistemas desea comprar un disco duro externo de marca Toshiba. Dicho dispositivo es vendido en 5 tiendas de computo en Lince, 10 tiendas de computo en San Isidro y 12 tiendas de computo en Miraflores. ¿De cuántas maneras el Ingeniero de Sistemas puede comprar el disco externo? Caso: Compra de un disco externo Técnicas de conteo Regla de la adición Solución: Por el principio de adición: N° maneras = N° tiendas (Lince) + N° tiendas (San Isidro) + N° tiendas (Miraflores) N° maneras = 5 + 10 + 12 = 27 . Caso: Compra de un disco externo Técnicas de conteo Regla de la adición El Ingeniero de Sistemas puede comprar el disco externo Toshiba de 27 maneras diferentes El número de maneras distintas en que pueden suceder ambos sucesos es : “m . n”. Regla de la multiplicación Técnicas de conteo Un evento “A” puede ocurrir , en forma independiente, de “m” maneras diferentes Un evento “B” puede ocurrir, en forma independiente, de “n” maneras diferentes Entonces: Para el desarrollo de un sistema de información el Ministerio de la Producción ha realizado una convocatoria de personal y para ello requiere 2 analistas de sistemas. Luego de una serie de etapas en el proceso de selección han quedado 5 postulantes. ¿De cuántas maneras diferentes estos postulantes pueden ubicarse en el primer y segundo puesto de orden de mérito? Teniendo en cuenta que los dos primeros lugares serán aceptados para dicho proyecto. Caso: Selección de personal Regla de la multiplicación Técnicas de conteo Solución: 1. El primer lugar puede ser ocupado por cualquiera de los cinco postulantes. 2. El segundo lugar puede ser ocupado por cualquiera de los otros cuatro postulantes restantes. 3. Por la regla de la multiplicación, se observa que el evento para ocupar el primer lugar puede darse de 5 maneras y el segundo lugar de 4 maneras distintas. Regla de la multiplicación Técnicas de conteo Existen 20 maneras en que los postulantes pueden ubicarse en el primer y segundo puesto de orden de mérito. Entonces: N° total de maneras = 5 x 4 = 20 ¿Cuántas placas para automóviles pueden fabricarse si cada placa consta de tres letras diferentes seguidas de tres dígitos diferentes? (Considerar 26 letras del alfabeto) Letras Dígitos 26 25 24 10 9 8 Placa 1° 2° 3° 4° 5° 6° Técnicas de conteo Caso: Placa de auto Regla de la multiplicación Solución: 1. El primer casillero puede ser ocupado por cualquiera de las 26 letras. 2. El segundo casillero puede ser ocupado por cualquiera de las 25 letras que restan. 3. El tercer casillero puede ser ocupado por cualquiera de las 24 letras que restan. 4. El cuarto casillero puede ser ocupado por cualquiera de los 10 dígitos (del 0 al 9) 4. El quinto casillero lo pueden ocupar los 9 dígitos restantes. 5. El sexto casiller puede ser ocupado por cualquiera de los 8 dígitos restantes. 6. Por la regla de multiplicación: Número de placas = 26x25x24x10x9x8 = 11 232 000 placas Caso: Placa de auto Letras Dígitos 26 25 24 10 9 8 Placa 1° 2° 3° 4° 5° 6° Regla de la multiplicación Técnicas de conteo Análisis combinatorio En diferentes casos se tomará de algún conjunto parte de sus elementos o todos ellos, para formar diferentes agrupaciones, que se van a distinguir por el orden de sus elementos o por la naturaleza de algunos de ellos. Si los elementos que forman una agrupación son diferentes entre si, serán llamados agrupaciones sin repetición y si alguno de ellos son iguales se dirá que son agrupaciones con repetición. Entre los métodos de conteo más conocidos tenemos : • Permutaciones • Combinaciones Permutaciones Combinaciones Técnicas de conteo • Permutaciones Es un arreglo de todos o parte de un conjunto de objetos considerando el orden en su ubicación; cuando en el arreglo solo entran parte de los elementos del conjunto se llama variación . Es importante resaltar que el orden es una característica importante en la permutación, cuando variamos el orden de los elementos se dice que permutamos dichos elementos. Ejemplo: El código numérico de una cerradura electrónica es 524. Interesa el orden, porque con el valor de 254 o 542 no funcionaría. Tiene que ser necesariamente 5-2-4. Análisis combinatorio Técnicas de conteo Solución: Sea el conjunto C definido por todos los caracteres a utilizar para generar un código de 2 caracteres: C = {a, b, 1} Los arreglos que se pueden formar para generar los códigos son: Caso: Generación de códigos • Permutaciones Análisis combinatorio Técnicas de conteo Determinar los diferentes arreglos o permutaciones de 3 caracteres que se pueden formar con las letras a, b y el número 1 para generar códigos de lotes mercadería de 2 caracteres. Arreglos posibles (Códigos) = { ab, a1, ba, b1, 1a, 1b} El número de permutaciones de “n” objetos diferentes, tomados en grupos de k elementos (siendo k n) y denotado por está dado por: Donde: n, k N y 0 k n • Permutación lineal con elementos diferentes: Análisis combinatorio Técnicas de conteo Caso: Competencia de atletismo En una carrera de atletismo de 100 metros planos participan 8 atletas. ¿De cuántas formas distintas podrán ser premiados los tres primeros lugares con medalla de oro, plata y bronce? • Permutación lineal con elementos diferentes: Análisis combinatorio Técnicas de conteo Caso: Competencia de atletismo 3 Solución: Se busca las diferentes ternas (k=3) que se pueden formar con los 8 atletas que participan en la carrera de 100 metros planos (n=8). • Permutación lineal con elementos diferentes: Análisis combinatorio Técnicas de conteo • Permutación lineal con elementos repetidos: Análisis combinatorio Técnicas de conteo El número de permutaciones (P) distintas de “n” elementos tomados de “n” en “n” en donde hay un primer grupo de n1 objetos iguales entre sí; n2 objetos iguales entre sí de un segundo tipo y así sucesivamente hasta nk objetos iguales entre sí de un último tipo, está dado por: Donde: n1+n2+n3…+nk=n c Donde: n: número de objetos ordenados de forma circular c: permutación circular • Permutación circular: Análisis combinatorio Técnicas de conteo Son agrupaciones donde no hay primero ni último elemento, por hallarse todos en una línea cerrada. Para hallar el número de permutaciones circulares que se pueden formar con “n” objetos distintos de un conjunto, hay que considerar fija la posición de un elemento, los n-1 restantes podrían cambiar de lugar de (n-1)! formas diferentes tomando todas las posiciones sobre la circunferencia relativa al primer punto. El número de permutacionescirculares será: ¿De cuántas formas diferentes puede sentarse alrededor de una mesa circular un jefe de proyecto y su equipo formado por un analista de sistemas, un analista de procesos y 3 programadores? Solución: Se trata de un caso de permutación circular. Vamos a ordenar a 6 personas alrededor de una mesa circular. Reemplazando en la fórmula: Caso: Equipo de proyecto • Permutación circular: Análisis combinatorio Técnicas de conteo P c 6 = (6 -1)! = 5! = 5x4x3x2x1 = 120 formas diferentes Pc = (n – 1)! n Es cada uno de los diferentes arreglos que se pueden hacer con parte o todos los elementos de un conjunto dado, sin considerar el orden en su ubicación. El número de combinaciones de “n” elementos diferentes tomados de “k” en “k” , con k n ,está dada por: Ejemplo: En una ensalada de frutas no importa en qué orden o ubicación en el plato o recipiente están las frutas, porque seguirá siendo la misma ensalada de frutas. • Combinaciones: Análisis combinatorio Técnicas de conteo C k n n! (n - k)! k! = La empresa ASESOR ONE, realiza servicios de consultoría a empresas que han implementado sistemas ERP. Para ello cuenta con un equipo de trabajo formado por 8 colaboradores, los cuales son especialistas en dicho tema. Si la empresa solo enviará un equipo de 2 consultores. ¿Cuántos grupos posibles podrían realizar la consultoría? Caso: Servicio de consultoría • Combinaciones: Análisis combinatorio Técnicas de conteo Solución: Se trata de un caso de combinación, debido a que solo nos interesa formar agrupaciones de 2 colaboradores. Reemplazando en la fórmula: Caso: Servicio de consultoría Análisis combinatorio Técnicas de conteo C 2 8 = 8! / (6! x 2!) = 28 grupos de 2 colaboradores C k n n! (n - k)! k! = Recuerda que: Si se desea que se realicen los eventos A y B, entonces se utiliza el principio de multiplicación (x). Si se desea que se realicen los eventos A o B, entonces se utiliza el principio de adición (+). En las permutaciones interesa el orden, se buscan ordenaciones. En las combinaciones no interesa el orden, se buscan agrupaciones. Técnicas de conteo Ejercicios resueltos: https://www.youtube.com/watch?v=_3aOsueffUw https://www.youtube.com/watch?v=_3aOsueffUw Introducción a la probabilidad Es una medida de la posibilidad de ocurrencia de un evento. n (A) Número de casos favorables del evento A n (S) Número total de casos ¿Qué es la probabilidad? P(A) = = Sea un experimento aleatorio Ω, el espacio muestral asociado a dicho experimento aleatorio y, A un evento definido en Ω, entonces la probabilidad del evento A, denotada por P(A), es aquel número que cumple los siguientes axiomas: • Axioma 1: 0 ≤ P(A) ≤ 1 • Axioma 2: P(Ω) = 1 • Axioma 3: Si A y B son dos eventos mutuamente excluyentes. Introducción a la probabilidad Axiomas de probabilidad P(A ∪ B) = P(A) + P(B) Entonces: • P(φ) = 0, donde φ es el evento imposible. • P(A c ) = 1 – P(A) • Si A y B son eventos cualesquiera P(A ∪ B) = P(A) + P(B) – P(A ∩ B) Entonces: Introducción a la probabilidad Teoremas de probabilidad Es toda prueba o conjunto de pruebas, cuyo resultado no puede predecirse antes de realizarse. El experimento aleatorio se suele simbolizar como ε. Ejemplo 2: Comprar un ticket de rifa navideña para el sorteo de un televisor LCD con un total de 2000 números. Hay 2000 resultados posibles y no sabemos cual de ellos saldrá. Ejemplo 1: Consideremos el experimento que consiste en lanzar un dado. Hay 6 resultados posibles y no sabemos cual de ellos saldrá. Introducción a la probabilidad Experimento aleatorio (ε) Conjunto de todos los posibles resultados de un experimento aleatorio. Se le suele simbolizar como S. Ejemplo 1: Si lanzamos un dado y anotamos el número que muestra la cara superior, entonces el espacio muestral es: S = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 } . Espacio muestral (S) Ejemplo 2: Si lanzamos una moneda y anotamos si sale cara o sello, entonces el espacio muestral es: S = { Cara, Sello }. Introducción a la probabilidad También denominado suceso. Un evento es cada tipo posible de ocurrencia o conjunto de ocurrencias del experimento ε estudiado. Ejemplo 1: Si lanzamos un dado al aire, un evento sería el obtener un valor de 5, es decir: A = { 5 } Ejemplo 2: Si lanzamos un dado al aire, un evento sería el obtener un valor par, es decir: B = { 2, 4, 6 } Ejemplo 3: Si lanzamos una moneda, un evento sería obtener una cara, es decir: C = { Cara } Introducción a la probabilidad Evento Operaciones con eventos Sea ε un experimento aleatorio y S el espacio muestral asociado. Si A y B son dos eventos definidos en S, se define las siguientes operaciones con eventos: Complemento (Ac): Para un evento A cualquiera se define su complemento, Ac, como el evento consistente en todos los puntos de S que no están en A. Unión de eventos (A U B): Para dos eventos A y B, la unión del evento A con el evento B es el evento que contienen todos los puntos de S que pertenecen al evento A o al evento B, o ambos. P(Ac) = 1 – P(A) Introducción a la probabilidad Intersección de eventos (A ∩ B): Para dos eventos A y B, la intersección de los eventos A y B es el evento que contienen todos los puntos de S que pertenecen tanto a A como a B. Operaciones con eventos Introducción a la probabilidad Cecilia realiza el experimento de lanzar al aire un dado. a. Calcular la probabilidad de obtener un valor de 4. b. Calcular la probabilidad de obtener un valor impar. c. Calcular la probabilidad de obtener un valor menor a 3. Caso: Lanzamiento de un dado 2. Calculando las probabilidades: a. P(A) = n(A) / n(S) = 1 / 6 = 0.1667 b. P(B) = n(B) / n(S) = 3 / 6 = 0.5 c. P(C) = n(C) / n(S) = 2 / 6 = 0.3333 Introducción a la probabilidad Espacio muestral: S = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 } => Número de casos totales = 6 => n(S) = 6 1. Se definen los siguientes eventos: A: Obtener un valor de 4. A = { 4 } A=> n(A) = 1 B: Obtener un valor de impar. B = { 1, 3, 5 } => n(B) = 3 C: Obtener un valor menor a 3. C = { 1, 2} => n(C) = 2 Solución: Dos eventos son independientes si la probabilidad de que ocurran ambos eventos simultáneamente es igual al producto de las probabilidades de que ocurra cada uno de ellos. Es decir: Eventos independientes Los eventos A y B son independientes si y solo si: Nota: Si los eventos son independientes sus complementos también. P [Ac ∩ Bc] = P [Ac] x P [Bc] P [A ∩ B] = P [A] x P [B] El éxito de un proyecto de inversión depende del trabajo de un Ingeniero de Software, un administrador y un contador. Se sabe que la probabilidad de que el Ingeniero de Software falle en su labor es de 2%, la probabilidad de que el administrador falle es de 5% y la probabilidad de que el contador falle es de 7%. Para que el proyecto sea exitoso, ninguno de los 3 debe fallar. Asuma que las labores de los tres integrantes son independientes entre sí. 1. ¿Cuál es la probabilidad de que el proyecto tenga éxito? 2. ¿Cuál es la probabilidad de que el proyecto no tenga éxito? Caso: Éxito de un proyecto Eventos independientes Solución: Se definen los siguientes eventos: A = El ingeniero de software falle en su labor. B = El administrador falle en su labor. C = El contador falle en su labor D = El proyecto no tenga éxito. P(A) = 2% = 0.02 => P(Ac) = 1 - 0.02 = 0.98 P(B) = 5% = 0.05 => P(Bc) c = 1 - 0.05 = 0.95 P(C) = 7% = 0.07 => P(Cc) = 1 - 0.07 = 0.93 La probabilidad de que el proyecto tenga éxito es de 0.86583 La probabilidad de que el proyecto no tenga éxito es de 0.13417 Caso: Éxito de un proyecto Eventos independientes 1. ¿Cuál es la diferencia entre permutación y combinación? 2. ¿Qué es un experimento aleatorio? 3. ¿Por qué es importante en la Ingeniería, el estudio de la probabilidad? CIERRE ¿QUÉ HEMOS APRENDIDO?
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