1. Probabilidad básica
a. Nociones básicas
Todo el capítulo descansa sobre ocho definiciones. Conviene fijarlas con un ejemplo concreto: lanzar un dado normal de seis caras equiprobables.
| Concepto | Definición | En el dado |
|---|---|---|
| Experimento aleatorio | Experimento cuyo resultado no se puede predecir. | Lanzar el dado y observar el resultado. |
| Espacio muestral (E) | Conjunto de todos los resultados posibles. | \(E=\{1,2,3,4,5,6\}\) |
| Cardinalidad de E | Cantidad de elementos del espacio muestral. | 6 |
| Evento o suceso | Cualquier subconjunto del espacio muestral. | "El resultado es 4" o "el resultado es par". |
| Evento cierto o seguro | Involucra a todos los elementos de E. Su probabilidad es 1. | "El resultado es menor que 10". |
| Evento imposible | No tiene elementos de E. Su probabilidad es 0. | "El resultado es múltiplo de 8". |
| Mutuamente excluyentes | La ocurrencia de uno impide la del otro. | A: número par · B: divisor de 5. |
| Complementarios | No tienen elementos comunes y juntos forman todo E. | A: menor que 4 · B: mayor que 3. |
b. Probabilidad clásica o regla de Laplace
En un experimento aleatorio, la probabilidad de un evento A se obtiene dividiendo el número de casos favorables a A por el número total de casos posibles:
\[P(A)=\frac{\text{N.° de casos favorables (A)}}{\text{N.° total de casos}}\]\(P(A)=1-P(A')\), donde \(A'\) es el evento "A NO ocurre".
c. Determinación de casos favorables y totales
Para contar casos hay que conocer el espacio muestral del experimento. Estos son los más frecuentes en la prueba.
1. Monedas
| Experimento | Casos totales | Espacio muestral | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lanzamiento de 1 moneda | 2 |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de 2 monedas | \(2^2=4\) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de 3 monedas | \(2^3=8\) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de 4 monedas | \(2^4=16\) |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de \(n\) monedas | \(2^n\) | — |
2. Dados
| Experimento | Casos totales | Espacio muestral | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lanzamiento de 1 dado | 6 | \(E=\{1\,,\,2\,,\,3\,,\,4\,,\,5\,,\,6\}\) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de 2 dados | \(6^2=36\) |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lanzamiento de \(n\) dados | \(6^n\) | — |
3. Bolitas
Con una urna de 4 bolitas negras y 5 blancas, el espacio muestral al sacar una bolita tiene 9 resultados posibles: \(\{N_1,N_2,N_3,N_4,B_1,B_2,B_3,B_4,B_5\}\).
i. Diagrama de árbol
Representación gráfica que ordena todos los resultados posibles de un experimento. Útil cuando hay dos o tres etapas.
Ejemplo del texto. ¿Cuál es la probabilidad de obtener 2 caras al lanzar una moneda 3 veces?
Segundo ejemplo. Al lanzar un dado y una moneda, ¿cuál es la probabilidad de obtener un número par y un sello?
Del diagrama de árbol se ve que hay 12 casos totales (6 del dado × 2 de la moneda) y 3 casos favorables: 2S, 4S y 6S. Por lo tanto la probabilidad de obtener un número par y un sello es \(\tfrac{3}{12}=\tfrac14\).
ii. Triángulo de Pascal
Se utiliza en experimentos con 3 o más repeticiones, donde escribir el espacio muestral completo se vuelve impracticable. El experimento debe tener dos sucesos equiprobables: lanzar una moneda, el sexo de una persona, respuestas verdadero o falso.
| Repeticiones | Fila | Casos totales |
|---|---|---|
| 1 | \(1C^1 \quad 1S^1\) | 2 |
| 2 | \(1C^2 \quad 2C^1S^1 \quad 1S^2\) | 4 |
| 3 | \(1C^3 \quad 3C^2S^1 \quad 3C^1S^2 \quad 1S^3\) | 8 |
| 4 | \(1C^4 \quad 4C^3S^1 \quad 6C^2S^2 \quad 4C^1S^3 \quad 1S^4\) | 16 |
| 5 | \(1C^5 \quad 5C^4S^1 \quad 10C^3S^2 \quad 10C^2S^3 \quad 5C^1S^4 \quad 1S^5\) | 32 |
Ejemplo del texto. Se lanza una moneda 5 veces. ¿Probabilidad de obtener 2 caras y 3 sellos?
Se mira la quinta fila. Los casos totales son \(1+5+10+10+5+1=32\). El término \(10\,C^2S^3\) indica 10 casos favorables. Por lo tanto:
\[P=\frac{10}{32}=\frac{5}{16}\]Anexo · Ley de los grandes números
Existe la probabilidad teórica (Laplace) y la probabilidad experimental o empírica, que se calcula a partir de un experimento ya realizado. La ley de los grandes números establece que a medida que aumenta la cantidad de veces que se realiza un experimento, la probabilidad experimental se acerca a la teórica.
Por ejemplo, si 500 personas lanzan una vez un dado, aproximadamente \(\tfrac16\) de las 500 personas va a obtener el número 2, ya que \(\tfrac16\) es la probabilidad teórica de obtener un 2.