
3 - Problemes ressolts de combinatòria. Regla de Laplace.
Enunciat 3.1
En una rifa de 100 bitllets hi ha 1 de premiat. Una persona hi compra 10 bitllets. Es vol saber la probabilitat que té de guanyar el premi.
Solució
Es tracta de extraccions sense reemplaçament (permutacions). La probabilitat de no guanyar el premi ve donada per l’expressió \[\frac{\binom{1}{0} \binom{99}{10}}{\binom{100}{10}} = 0.9\]
(choose(1,0)*choose(99,10))/choose(100,10) \(\rightarrow\) 0.9
Per tant, la probabilitat de guanyar el premi és \(1 - 0.9 = 0.1\).
També es pot calcular com \[P(A) = \frac{\binom{100 - 1}{10 - 1}}{\binom{100}{10}} = 0.1\]
Sigui \(A\) l’esdeveniment “tenir premi”, amb:
- Casos favorables = 10.
- Casos possibles = 100.
\(P(A) = 10/100 = 0.1\).
Enunciat 3.2
Una baralla francesa de 52 cartes es reparteixen a l’atzar entre quatre persones —\(A, B ,C \text{ i } D\)—. Sabent que cadascú rep tretze cartes, trobis la probabilitat de que:
- \(B\) rebi els quatre reis.
- \(B\) no rebi cap rei.
- Entre \(B\) i \(D\) rebin totes els diamants.
- Entre \(B\) i \(D\) rebin tots els asos i els reis.
Solució
a) \(B\) rebi els quatre reis.
Hi ha quatre reis a la baralla. La probabilitat de que \(B\) rebi els quatre reis és: \[\frac{\binom{52 - 4}{13 - 4}}{\binom{52}{13}} = \frac{\binom{48}{9}}{\binom{52}{13}} \approx 0.26\%\]
choose(48,9)/choose(52,13) \(\rightarrow\) 0.002641056
b) \(B\) no rebi cap rei..
Hi ha quatre reis a la baralla. La probabilitat de que \(B\) no rebi cap rei, és: \[\frac{\binom{52 - 4}{13}}{\binom{52}{13}} = \frac{\binom{48}{13}}{\binom{52}{13}} \approx 30.38\%\]
choose(48,13)/choose(52,13) \(\rightarrow\) 0.3038175
c) Entre \(B\) i \(D\) rebin totes els diamants..
Hi ha tretze diamants a la baralla. La probabilitat de que \(B\) i \(D\) els rebin tots, és: \[\frac{\binom{52 - 13}{13}}{\binom{52}{13}} = \frac{\binom{39}{13}}{\binom{52}{13}} \approx 1.28\%\]
choose(39,13)/choose(52,13) \(\rightarrow\) 0.01279095
d) Entre \(B\) i \(D\) rebin tots els asos i els reis.
Hi ha quatre asos i quatre reis a la baralla. La probabilitat de que \(B\) i \(D\) els rebin tots, és: \[\frac{\binom{52 - 8}{26 - 8}}{\binom{52}{26}} = \frac{\binom{44}{18}}{\binom{52}{26}} \approx 0.21\%\]
choose(44,18)/choose(52,26) \(\rightarrow\) 0.002076008
Enunciat 3.3
D’una baralla francesa de 52 cartes, se n’extreuen dues a la vegada. Trobis la probabilitat de que:
- Les dues siguin trèvol.
- Almenys una sigui un trèvol.
- Una sigui trèvol i l’altre pica.
Solució
Sigui \(\Omega = \left\{\binom{52}{2}\ \text{parells de cartes}\right\}\)
Siguin els esdeveniments:
- \(A\) = “la primera carta és un trèvol i la segona no ho és”
- \(B\) = “la primera carta no és un trèvol i la segona sí que ho és”
a) Les dues siguin trèvol \[P(AB) = P(A) \cdot P(B|A) = \frac{13}{52} \cdot \frac{12}{51} = \frac{39}{663}\]
Es pot resoldre també aplicant el regle de Laplace:
- Casos favorables: \(binom{13}{2} = 78\)
- Casos possibles: \(binom{52}{2} = 1326\)
Per tant: P(“dos trèvols”) = (casos favorables)/(casos possibles) = 78/1326 = 39/663
b) Almenys una sigui un trèvol.
Es correspon a l’esdeveniment \(A \cup B\) \[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - \left[ P(A) \cdot P(B|A) \right] = \frac{1}{4} + \frac{1}{4} - \left( \frac{1}{4} \cdot \frac{12}{51} \right) = \frac{15}{34}\]
Es pot resoldre també aplicant el regle de Laplace. Es calcula P(“cap trèvol”):
- Casos favorables: \(binom{39}{2} = 741\)
- Casos possibles: \(binom{52}{2} = 1326\)
P(“cap trèvol”) = (casos favorables)/(casos possibles) = 741/1326 = 247/442
Aleshores, P(“almenys un trèvol”) = 1 – P(“cap trèvol”) = 1 - 247/442 = 15/34
c) Una sigui trèvol i l’altre pica.
Siguin ara els esdeveniments:
- A= “la primera carta és un trèvol i la segona una carta qualsevol”
- B= “la primera és una carta qualsevol i la segona una pica”
- C= “la primera és una carta qualsevol i la segona un trèvol”
- D= “la primera carta és una pica i la segona una carta qualsevol”
Aleshores: \[\begin{align*} &P((AB) \cup (CD)) = P(AB) + P(CD) = \left[ P(A) \cdot P(B|A) \right] + \left[ P(C) \cdot P(D|C) \right] \\ &P((AB) \cup (CD)) = \left( \frac{13}{52} \cdot \frac{13}{51} \right) + \left( \frac{13}{52} \cdot \frac{13}{51} \right) = \frac{13}{102} \end{align*}\]
Es pot resoldre també aplicant el regle de Laplace. Es calcula P(“trèvol i pica”):
- Casos favorables: \(\binom{13}{1} \cdot \binom{13}{1} = 169\)
- Casos possibles: \(\binom{39}{2} = 741\)
Aleshores, P(“trèvol i pica”) = (casos favorables)/(casos possibles) = 169/1326 = 13/102
Enunciat 3.4
En un poble de 200 habitants hi ha un terratrèmol i moren 70 persones. Una persona d’un altre poble veu la notícia per la televisió.
Quina és la probabilitat de que 3 dels morts en el terratrèmol siguin familiars seus?
Solució
En el poble sinistrat hi ha 200 persones, de les quals 3 són familiars i 197 no ho són. Durant el terratrèmol moren 70 persones del poble.
La funció de densitat de probabilitat de “nombre de familiars morts = 3” és \[f(3) = \frac{\binom{3}{3} \binom{197}{67}}{\binom{200}{70}} \approx 41.68\%\]
(choose(3,3)*choose(197,67))/choose(200,70) \(\rightarrow\) 0.04167809
Jordi Coll Vera - 2022