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Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez En el siguiente documento se encuentra una posible clasificación personal de los ejercicios que nos podemos encontrar en la parte de Probabilidad en los exámenes de selectividad. Para cualquier otro profesor puede existir otra clasificación distinta e incluso no existir ninguna. TIPO 1: “APLICACIÓN DIRECTA DE FORMULITAS” Veamos la teoría necesaria para la resolución de cualquier tipo de problema, esto es, las formulitas que vamos a utilizar. Toda la teoría que vamos a desarrollar está hecha para un espacio muestral con sólo dos sucesos BA, . Para tres sucesos está desarrollado en los apuntes de teoría. BAPBAP BAPAPBAP BAP BAP BAPBAPBAP BAPBAPBAP BA BPAPBAPByA BP BAP BAP BAPByA BAPBPAPBAP APAP CC C CCC CCC C dos" los de uno sólo" ocurra que de adProbabilid A ocurra sólo que de adProbabilid B noy A ocurra que de adProbabilid B"y A " ocurra que de adProbabilid By A sucesos ambos"" o mente"simultánea" ocurra que de adProbabilid B" óA " ocurra que de adProbabilid By A dados dos de suceso un" menos al" ocurra que de adProbabilid 1 1 Morgan de Leyes son. lo también arioscomplement los ntesindependieson y Si si ntesindependieson B" sucedido ha que sabiendo"A ocurra que de adProbabilid ó B" ocurre si"A ocurra que de adProbabilid / 0 si lesincompatibson 1 1. Sean A y B dos sucesos tales que CC BBAPBPAP donde,6.0)(y7.0)(,4.0)( es el suceso contrario de B. a) ¿Son independientes A y B ? ¿y AC y BC ? Calculamos 3.0)( BP 1.06.03.04.0)()()( BAPBPAPBAP , Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez ahora podemos comprobar 12.01.0 ?3.04.01.0¿ BPAPBAP NO SON INDEPENDIENTES Ahora bien, si A y B son independientes todos sus complementarios y combinaciones entre ellos lo son. b) Calcule )/( BAP 25.0 4.0 1.0 )( )/( BP BAP BAP c) Calcule )( cBAP 2.01.03.0 BAPAPBAP C d) Calcule )( cc BAP 4.06.011)( BAPBAPBAP Ccc e) Calcule )( cc BAP 9.01.011)( BAPBAPBAP Ccc f) Calcule )/( cABP 5.0 4.0 1.03.0 )(1 )( )( )/( AP ABPBP AP ABP ABP C C c Ejercicio que no tiene más complicación que aplicar las formulitas. No hay que decir que si no sabemos las formulitas no sabremos hacer ningún ejercicio de estos. 2. De los 39 alumnos de una clase, 16 escogieron francés y 27 inglés. Nueve alumnos eligieron ambos, y el resto no escogió ninguno de ellos. Si se elige al azar un alumno de dicha clase, halla las siguientes probabilidades. a) Escogió francés. 39 16 )( FP b) Escogió inglés. 39 27 )( IP c) Escogió ambos idiomas. 39 9 )( IFP d) Escogió francés o inglés. 39 35 39 9 39 27 39 16 )()()()( IFPIPFPIFP e) Escogió francés, pero no inglés. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez 39 7 )()()( IFPFPIFP C f) No escogió ni inglés ni francés. 39 4 39 35 1)(1)( IFPIFP CC TIPO 2: “PROBABILIDAD TOTAL Y BAYES” Este tipo de ejercicio lo podemos identificar porque en las preguntas del problema siempre se sigue el mismo esquema, la primera pregunta va encaminada a calcular la probabilidad total de un suceso y la segunda pregunta es la aplicación del teorema de Bayes (probabilidades a posteriori). La resolución de estos ejercicios se puede llevar a cabo de dos maneras distintas: a) Mediante un diagrama de árbol dependiendo del contexto, por ejemplo Desarrollemos el primer diagrama. El primer esquema es el más común en selectividad, siempre nos exponen un experimento aleatorio que da lugar a dos casos (A1, A2), cada uno con su probabilidad, y después nos dicen que en cada caso aparecen dos sucesos S y C (cuando son dos nada más, son complementarios, eso facilita las cuentas) y estos, a su vez, tienen otras probabilidades asociadas para cada caso. Trabajaremos después el primer esquema mediante una tabla de contingencia. Calculemos la probabilidad total de los sucesos S y C, que en este caso son complementarios porque sólo hay dos en el segundo paso del diagrama, y una vez calculado uno de los dos el otro puede calcularse usando la probabilidad total o viendo que son complementarios. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez )(1 6241)2/()2()1/()1( )( 5231)2/()2()1/()1()( SP ppppACPAPACPAP CP ppppASPAPASPAPSP El siguiente apartado siempre es la probabilidad de Bayes, por ejemplo, calcular sabiendo que ha ocurrido el suceso C (condición en la segunda parte del diagrama), qué probabilidad hay de que provenga del caso A2. Pues nada más que escribir la formulita (es una condicionada normal) y dejarse llevar sustituyendo siempre de la siguiente manera o según nos convenga. 6241 62 )( )2/()2( )( )2( )/2( pppp pp CP ACPAP CP CAP CAP b) Mediante una tabla de contingencia (desarrollada en la teoría mediante un ejemplo) S C A1 SAP 1 p1 x p3 CAP 1 p1 x p4 P(A1) = p1 A2 CAP 2 p2 x p5 CAP 2 p2 x p6 P(A2) = p2 P(S) = p1 x p3+ p2 x p5 = 1 - P(C) P(C) = p1 x p4+ p2 x p6 = 1 - P(S) 1 Aquí la probabilidad de Bayes se puede obtener de la misma forma que en el caso anterior. Advierte que Bayes es una probabilidad condicionada y cuando tenemos la tabla de contingencia, la probabilidad condicionada es un numerito entre otro, observa: )( )2/()2( )( )2( )/2( CP ACPAP CP CAP CAP Todos los ejercicios se pueden hacer mediante un diagrama en árbol, pero si se dominan los dos procedimientos podremos afrontar todos los ejercicios de una manera rapidísima. En estos apuntes, se realizarán todos los ejercicios del tipo 2 con el diagrama en árbol, pero cuando convenga la tabla, también se utilizará para aprender una forma alternativa. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez 1. Un médico ha observado que el 40% de sus pacientes fuma y de estos, el 75% son hombres. Entre los que no fuman, el 60% son mujeres. Calcula la probabilidad de: a) Un paciente no fumador sea hombre. Esto aunque no viene precedido “de sabiendo que” o va entre comas, se trata de una condicionada. Es distinto “no fumador sea hombre” que por ejemplo “sea hombre no fumador”. Esto es más bien una cuestión de Lengua Castellana. Bueno resolvamos ya sin más dilaciones: 4.0)/( CFHP directamente en el árbol. b) Un paciente sea hombre fumador. Al igual que antes y por la distinción que hemos hecho en el razonamiento anterior, ahora se trata de una intersección y no una condicionada. 3.075.04.0)/()()( FHPFPHFP c) Un paciente sea mujer Esto es claramente y mirando a nuestro árbol, probabilidad total. 46.0 6.06.025.04.0 )/()()/()()( CC FHPFPFMPFPMP d) Sabiendo que el paciente ha sido hombre, qué probabilidad hay de que sea fumador. Y ya para rizar el rizo y claramente condicionando al suceso posterior, tocamos un poquito de teorema de Bayes. Para empezar la 54.0)(1)( MPHP ya la tenemos calculada. Ahora 5.0 54.0 3.0 )( )/()( )( )( )/( HP FHPFP HP HFP HFP Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentaciónde Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez Si resolviéramos el ejercicio con tabla todo quedaría reflejado en ella. Veámoslo: H M F 3.075.04.0 HFP 1.025.04.0 MFP 0.4 F C 45.075.06.0 HFP C 15.025.06.0 MFP C 0.6 75.045.03.0)( HP 25.015.01.0)( MP 1 Y ahora para calcular todas las probabilidades pedidas nada más que repetir los cálculos. 2. Se realiza una encuesta sobre las preferencias de vivir en la ciudad o en urbanizaciones cercanas. Del total de la población encuestada el 60% son mujeres, de las cuales prefieren vivir en la ciudad un 73%. Se sabe que la probabilidad de que una persona, sea hombre o mujer, desee vivir en la ciudad es 0.62. “la probabilidad de que una persona, sea hombre o mujer, desee vivir en la ciudad es 0.62” significa: 62.0)( CP pero si esto lo expresamos con su fórmula tenemos: 455.0 62.04.073.06.0 62.0)/()()/()(62.0)( x x HCPHPMCPMPCP Luego de esta forma hemos obtenido la probabilidad de preferir la ciudad dentro de los hombres. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez a) Calcule la probabilidad de que elegido un hombre al azar, prefiera vivir en la ciudad. Curiosamente la acabamos de calcular. b) Supuesto que una persona, elegida al azar, desee vivir en la ciudad, calcule la probabilidad de que sea mujer. 706.0 62.0 73.06.0 )( )( )/( CP CMP CMP Si resolviéramos el ejercicio con tabla todo quedaría reflejado en ella. Veámoslo: C C C M 438.073.06.0 CMP 162.0438.06.0 0.6 H 0.182 0.218 0.4 0.62 0.38 1 Y ahora para calcular todas las probabilidades pedidas nada más que repetir los cálculos. TIPO 3: “PROBABILIDAD COMPUESTA” La teoría es muy poca o casi nada. Lo único que hay que saber son dos formulitas: NTESINDEPENDIE NO)21/3()1/2()1( NTESINDEPENDIE)3()2()1( 321 AAAPAAPAP APAPAP AAAP A continuación, con el primer ejemplo, veremos muchísimos de los casos que se nos pueden presentar en los ejercicios de tipo 3. ¿Cómo los identifico? Muy fácil, no son ni tipo 1 ni tipo 2. ¿Por qué? Porque no son mecánicos, en ellos, hemos de pensar un poquito, hay que valorar todas las posibilidades, etc. 1. Se tiene una urna llena de bolas con la siguiente composición: 2 ROJAS, 3 VERDES, 5 AZULES. Se extraen sin reemplazamiento 3 bolas. Se piden las siguientes probabilidades: a) Describe el espacio muestral y asigna probabilidades a cada suceso elemental. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez Para no equivocarnos al describir el espacio muestral y puesto que se tienen 3 3 - 1 elementos (hay dos rojas = una posibilidad menos), o sea, 26, vamos a AAAAAVAARAVAAVVAVRARAARVARR VAAVAVVARVVAVVVVVRVRAVRVVRR RAARAVRARRVARVVRVRRRARRV ,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,, Los sucesos no son equiprobables por tanto no podremos calcular probabilidades aplicando la regla de Laplace. No os escribo las probabilidades porque es un tanto engorroso, y además, con el desarrollo del ejercicio se van calculando muchas de ellas. b) Calcular la probabilidad de que la primera sea roja, la segunda verde y la tercera azul. 8 5 9 3 10 2 321 AVRP se trata de una posibilidad concreta, luego no barajamos otras opciones c) Calcula la probabilidad de que la segunda bola sea roja. 8 8 9 2 10 8 8 8 9 1 10 2 1/211/212 XRRRPXRRRPXRXP CC X es cualquiera de las bolas. d) Calcula la probabilidad de que sólo la tercera bola sea azul. 8 5 9 4 10 5 8 4 9 5 10 5 8 4 9 5 10 5 8 3 9 4 10 5 21/31/21 21/31/21 21/31/21 21/31/213 CCCCC CCC CC AAAAAAP AAAAAAP AAAAAAP AAAAAAPAXXP El problema que se plantea aquí es el siguiente, como hay dependencia, y se trata de la última bola, hemos de estudiar todos los casos que nos condicionan el suceso en cuestión. e) Calcula la probabilidad de que no salga ninguna bola verde 8 5 9 6 10 7 321 CCC VVVP f) Calcula la probabilidad de que salga al menos una bola verde. La probabilidad de “al menos una bola verde” es lo mismo que “lo contrario de ninguna bola verde” y esto se traduce en: 8 5 9 6 10 7 13211321 CCC VVVPVVVP g) Calcula la probabilidad de que salga al menos una bola roja. Igual que el apartado anterior Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez 8 6 9 7 10 8 13211321 CCC RRRPRRRP h) Calcula la probabilidad de que salgan al menos dos bolas rojas. 8 0 9 1 10 2 8 1 9 8 10 2 8 1 9 2 10 8 8 8 9 1 10 2 321 321 321 321 RRRP RRRP RRRP RRRP C C C i) Calcula la probabilidad de que salgan al menos dos bolas azules 8 3 9 4 10 5 8 4 9 5 10 5 8 4 9 5 10 5 8 5 9 4 10 5 321 321 321 321 AAAP AAAP AAAP AAAP C C C Vamos a repetir el ejercicio pero ahora con reemplazamiento, es un poquito más fácil. 2. Se tiene una urna llena de bolas con la siguiente composición: 2 ROJAS, 3 VERDES, 5 AZULES. Se extraen con reemplazamiento 3 bolas. Se piden las siguientes probabilidades: a) Describe el espacio muestral y asigna probabilidades a cada suceso elemental. Para no equivocarnos al describir el espacio muestral y puesto que se tienen 3 3 - 1 elementos (hay dos rojas = una posibilidad menos), o sea, 26, vamos a AAAAAVAARAVAAVVAVRARAARVARR VAAVAVVARVVAVVVVVRVRAVRVVRR RAARAVRARRVARVVRVRRRARRV ,,,,,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,, Los sucesos no son equiprobables por tanto no podremos calcular probabilidades aplicando la regla de Laplace. No os escribo las probabilidades porque es un tanto engorroso, y además, con el desarrollo del ejercicio se van calculando muchas de ellas. b) Calcular la probabilidad de que la primera sea roja, la segunda verde y la tercera azul. 10 5 10 3 10 2 321 AVRP se trata de una posibilidad concreta, luego no barajamos otras opciones Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez c) Calcula la probabilidad de que la segunda bola sea roja. 10 10 10 2 10 10 2 XRXP X es cualquiera de las bolas. d) Calcula la probabilidad de que sólo la tercera bola sea azul. 10 5 10 10 10 10 3 AXXP aquí no hay dependencia. e) Calcula la probabilidad de que no salga ninguna bola verde 10 7 10 7 10 7 321 CCC VVVP f) Calcula la probabilidad de que salga al menos una bola verde. La probabilidad de “al menos una bola verde” es lo mismo que “lo contrario de ninguna bola verde” y esto se traduce en: 10 7 10 7 10 7 13211321 CCC VVVPVVVP g) Calcula la probabilidad de que salga al menos una bola roja. Igual que el apartado anterior 10 8 10 8 10 8 13211321 CCC RRRPRRRP h) Calcula la probabilidad de que salgan al menos dos bolas rojas. 10 2 10 2 10 2 10 8 10 2 10 2 3321 321 321 321 RRRP RRRP RRRP RRRP C C C i) Calcula la probabilidad de que salgan al menos dos bolas azules 10 5 10 5 10 5 10 5 10 5 10 5 3321 321 321 321 AAAP AAAP AAAP AAAP C C C 3. Un avión tiene cinco bombas.Se desea destruir un puente. La probabilidad de destruirlo de un bombazo es 1/5. ¿Cuál es la probabilidad de que se destruya el puente si se lanzan las cinco bombas? Vamos a ver, “la probabilidad de que se destruya el puente si se lanzan las cinco bombas” es lo mismo que decir “la probabilidad de que al menos una de las bombas destruya el puente”, es decir, Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 1 54321154321 CCCCC DDDDDPDDDDDP 4. Se escuchan tres 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 correspondía? Si hay tres discos y tres envoltorios, la probabilidad de que uno de los discos elegido al azar se meta en su envoltorio original es 1/3, este razonamiento todos lo podemos hacer. Ahora bien aunque parezca un ejercicio para realizar con formulita igual que el anterior porque con el “al menos uno de los discos” nos vamos directamente a la unión y es realmente complicado. Así pues vemos con un razonamiento lógico cómo obtener la probabilidad. 5. Se elige al azar un número entero entre 0 y 999. Halla la probabilidad de que el número elegido: a) No tenga ninguna cifra repetida. A partir del 100 incluido hay 900 números aquí hay que calcular la probabilidad de que salga un número (del 1 al 9) después otro diferente (al primero, pero del 0 al 9) y el tercero diferente de los otros dos anteriores (diferente al segundo y al primero, y del 0 al 9) entonces sería 10 8 10 9 9 9 . O sea 648 de 900. Ejercicios Resueltos de Probabilidad Colegio La Presentación de Nuestra Señora Elías Robles Rodríguez Del 10 al 99, hay 90 números y hay que quitar (11, 22, 33, …, 99) 9 números que sale 81, o también, verlo como primera cifra del 1 al 9 y segunda cifra como distinta a la primera pero del 0 al 9, es decir, 10 9 9 9 que son 81 de 90. Del 0 al 9 van todos no se repite ninguno. Así pues, nos quedan 648 +81+9 de 1000 números, es decir, 738/1000. b) Sea capicúa. De nuevo hacemos la distinción pero ahora sólo hay posibilidad de capicúa a partir de 100 y hasta 999. Podemos sacarlo a ojo o podemos usar razonamientos de probabilidad compuesta como en el apartado anterior. Buscamos el caso “xyx”, entonces el primero puede ser cualquiera y el segundo también. 9 1 10 9 9 1 por los 9 casos que hay para la primera y la tercera cifra. De esta forma nos queda 9/90 o lo que es lo mismo, para verlo a ojo, serían 90 de 900 (para el que no lo vea, que piense que son 10-1 casos de capicúa para cada centena y hay 9 centenas) (*) “xxx” no lo consideramos capicúa. 6. Se tienen cinco pares de guantes de distinto color. Entremezclamos bien los dos guantes. Extraemos dos de ellos al azar. ¿Cuál es la probabilidad de que ambos formen pareja? La probabilidad de que los dos extraídos formen pareja es que el segundo sea del mismo color que el primero, y hay cinco colores, luego cinco posibilidades. 9 1 10 2 )11()"Color Igual(" CCPP , esto por los 5 colores que hay nos da 9 1 9 1 10 2 5
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