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Dos problemas de probabilidad

Problema 1: Una bolsa contiene 17 bolillas, de ellas 8 tienen marcada una letra A y las otras 9, una letra B. De las que tienen la letra A, 6 son rojas y 2 son negras; de las que tienen la letra B, 4 son rojas y 5 son negras. Se extrae una bolilla al azar y se observa que es roja ¿cuál es la probabilidad de que tenga inscripta una letra A?

Problema 2: Tenemos 17 bolillas, de ellas 8 tienen marcada una letra A y las otras 9, una letra B. De las que tienen la letra A, 6 son rojas y 2 son negras; de las que tienen la letra B, 4 son rojas y 5 son negras. Las bolillas que tienen la letra A son colocadas en una bolsa, las que tienen la letra B son colocadas en una bolsa diferente. Luego, se elige al azar una de las dos bolsas y de ella se extrae al azar una bolilla. Se observa que la bolilla extraída es roja ¿cuál es la probabilidad de que tenga inscripta una letra A?

Una ruleta paradójica


Imaginemos una ruleta "continua" capaz de detenerse con precisión absoluta en cualquiera de los infinitos ángulos comprendidos entre 0° y 360°.
Imaginemos también que mientras la ruleta gira al azar el jugador A apuesta $10 a que la flecha se detendrá en un ángulo comprendido entre 0° y 120°. ¿Cuál sería un pago justo para la apuesta de A

Por pago justo entendemos un pago tal que si A repite su apuesta una y otra vez entonces, a la larga, ganará tanto dinero como el que perderá. Ahora bien, dado que el arco de la circunferencia comprendido entre 0° y 120° representa la tercera parte de la circunferencia total, es decir, dado que la medida de ese arco es un tercio de la medida de la circunferencia, entonces la probabilidad de que A gane es 1/3. En otras palabras, A ganará más o menos una de cada tres apuestas y entonces, para que el juego sea justo, A debería recibir $20 cada vez que gana.

Pero supongamos ahora que un jugador B apuesta $10 a que la flecha quedará apuntando hacia uno de los puntos del conjunto V definido en la entrada anterior, ¿cuál sería en este caso un pago justo? Sucede que V es no medible, no tiene medida, por lo que la probabilidad de que la flecha quede apuntando hacia un punto de V no existe. En consecuencia, no hay pago justo para la apuesta de B. No importa cuánto decida la banca que debe pagar por esa apuesta, alguno de los dos (B o la banca), a la larga, perderá dinero, no hay modo en que queden "iguales".

Esta entrada participa en la Edición 5.3: Felix Klein del Carnaval de Matemáticas cuyo anfitrión es Juegos Topológicos.

Comentario a "...la falacia del jugador"

Esta entrada es un comentario a los comentarios escritos en "Una respuesta a la falacia del jugador".

La falacia del jugador es la creencia de que, por ejemplo, si sale negro varias veces seguidas en la ruleta entonces la probabilidad de rojo va aumentando cada vez para "compensar" (ya que, a la larga, deberá haber la misma cantidad de rojos que de negros). Esta idea es falsa (de ahí que se lo llame "falacia"), ahora bien la pregunta es: ¿cómo demostrarle a alguien que sostiene esa creencia que lo que cree y dice es falso?

Hay dos opciones, una es la que se propone en los comentarios a aquella entrada, que consiste simplemente en decirle al otro que su creencia es falsa e indicarle cuál es la idea correcta. En resumen, se le dice: "tú estás equivocado porque los libros dicen que la verdad es otra". Un argumento de autoridad, digamos.

Pero hay otra alternativa, que es la que yo propuse en la entrada (cuya intención parece que no fue comprendida por los comentaristas), y que consiste en decir: "Tu creencia falsa porque, de hecho, es autocontradictoria". La intención en este caso no es decir "mi lógica es superior a la tuya", sino penetrar en la lógica del otro, comprenderla y poner a la vista sus errores internos. En resumen, lo que la entrada muestra es que si se sostiene la creencia de que "si sale negro varias veces seguidas en la ruleta entonces la probabilidad de rojo va aumentando porque deben compensarse", a partir de esa misma premisa también se concluye que la probabilidad de rojo no cambia, es decir, se deduce que esa probabilidad al mismo tiempo sigue siendo siempre la misma; en conclusión, la premisa es autocontradictoria y por ende, falsa.

Una respuesta a la falacia del jugador

Imaginemos que en la ruleta sólo hubiera 36 números, 18 rojos y 18 negros (todos sabemos que en las ruletas reales existe además el 0, número que en este juego no tiene color, pero aquí lo omitiremos sin que eso afecte en lo esencial la idea que queremos exponer). Supondremos además que la ruleta es "perfecta", en el sentido de que todos los números tienen la misma probabilidad de salir.

"Rojo" y "negro" tienen, entonces, la misma probabilidad y, como consecuencia, en cualquier sucesión "muy larga" de bolas la cantidad de rojas y negras tenderá a igualarse; en otras palabras, la proporción en que aparece cada color tenderá, a la larga, a ser del 50%. Se llama falacia del jugador a la creencia (errónea) de que este hecho implica que las cantidades de rojos y de negros deben tender a compensarse mutuamente. Más exactamente, si salieron, por ejemplo, 6 rojos consecutivos, la falacia consiste en creer que en el tiro siguiente, para compensar los 6 rojos que salieron, "negro" debe ser más probable que "rojo", y que a medida que salgan más y más rojos, la probabilidad de negro será cada vez mayor. (El tema se relaciona con el contenido de esta entrada; obviamente Wikipedia tiene una entrada sobre esta cuestión.)

La explicación que se da usualmente para demostrar que esta creencia es, en efecto, errónea, consiste en apelar a la "independencia" de los tiros de la ruleta. Suele decirse en este sentido que "la ruleta no tiene memoria" y que cada tiro puede pensarse como como si fuera el primero dado que en cada instante la historia previa (la secuencia previa de tiros) es totalmente irrelevante.

Quiero dar aquí un argumento diferente para explicar por qué la falacia del jugador es, efectivamente, una falacia, un argumento que podríamos llamar tal vez "filosófico". Más precisamente, mi idea es dar una demostración por el absurdo del hecho de que la falacia del jugador afirma algo que es falso.

Supongamos entonces que lo que dice la falacia del jugador sea cierto y que cuanto más larga sea una racha de rojos o de negros, mayor es la probabilidad de que la bola siguiente sea del color opuesto. A partir de este supuesto debemos llegar a una contradicción.

Digamos por ejemplo que, contando desde el comienzo de la noche del lunes, en la mesa 10 del casino X las bolas número 15º, 16º, 17º, 18º y 19º (me refiero al orden en que fueron lanzadas en la mesa desde su apertura, no a los números que salieron) han sido todas rojas.

Según nuestra hipótesis, esta racha hace que, en lo que hace a la bola 20º, la probabilidad de negro aumente a más del 50%. Pero la suposición se refiere en realidad a todas las rachas que convergen en esa bola 20º, y resulta que en esa bola convergen en verdad una cantidad enorme de rachas, por ejemplo, la racha de todas las bolas 20º de todas las mesas de ese casino en esa misma noche (contadas las mesas en todos los órdenes posibles), la racha de todas las bolas 20º de todas las noches anteriores en esa misma mesa en ese mismo casino, la racha de todas las bolas pares (2º, 4º, 6º, etc.) de esa misma noche, así como de todas las bolas pares de las noches anteriores, la racha de todas las bolas 20º de todos los lunes de todas las mesas de todos los casinos del mundo (contados los casinos en todos los órdenes posibles), y así siguiendo interminablemente. La secuencia formada por las bolas 15º, 16º, 17º, 18º y 19º de esa noche en esa mesa es sólo la más visible e inmediata de todas las rachas que convergen en la bola 20º, pero todas las demás rachas también deben ser tomadas en cuenta.

Ahora bien, de todas esas otras rachas (potencialmente infinitas), muchas de ellas estarán formadas sólo por números rojos, como es el caso de las bolas 15º, 16º, 17º, 18º y 19º, pero muchas otras estarán formadas sólo por negras, y otras más estará formadas por diferentes combinaciones de colores.

Pero para cada racha de n rojas que converge en nuestra bola 20º, hay una racha de n negras que converge exactamente a esa misma bola. Un grupo de rachas hace que en la bola 20º el negro tenga una probabilidad mayor al 50%, pero el otro grupo hace que sea rojo el que tenga una probabilidad de más del 50%, esto es un absurdo porque la probabilidad total superaría el 100%. En otros términos, si suponemos que una racha de un color hace que se favorezca al color contrario, la conclusión es que, de todos modos, las diferentes rachas se "compensan" y se llega a la conclusión de que cada color tiene siempre una probabilidad del 50%.

(Véase en este enlace un comentario que sirve de complemento a la entrada.)

Una paradoja probabilística

Se arroja al azar un dado equilibrado de 6 caras. ¿Cuál es la probabilidad de que "si sale un 7 entonces sale un número par"?

Se trata de una probabilidad condicional que se calcula así:

Pero por otra parte, la afirmación "si sale un 7 entonces sale un número par" es verdadera porque es una implicación con antecedente falso; como es segura, porque es una verdad lógica, entonces su probabilidad es 1 (es como preguntarse cuál es la probabilidad de que 2 + 2 sea 4).

Por lo tanto:

¿Para ganarle a la ruleta?

En la ruleta hay 37 números, que van del 0 al 36; fijado un número n cualquiera dentro de ese rango, la probabilidad de que en 70 tiros consecutivos de la bola aparezca por lo menos una vez ese número n es de poco más del 85%.

El método entonces es así: observamos sin apostar los números que aparecen en las primeras 36 bolas y elegimos uno cualquiera de los números que no hayan aparecido en esos tiros (es seguro que habrá al menos uno que nunca apareció). En los siguientes 34 tiros apostamos sistemáticamente a ese número una cantidad fija x de dinero (el valor de x depende de nuestra disponibilidad de efectivo). Si el número elegido aparece enseguida ganaremos más dinero que si aparece cerca del último tiro, pero en cualquier caso si el número aparece ganaremos.

Mi afirmación es que usando este método nuestra probabilidad de ganar es de poco más del 85%. ¿Es correcta esta afirmación? Otra pregunta es: ¿El método nos permite ganarle al casino? Reformulada en términos matemáticos, esta última pregunta sería: ¿el método tiene esperanza positiva?

Otro problema de probabilidades

(Esta entrada es la participación de El Topo Lógico en la edición de marzo del Carnaval de Matemáticas. La idea de los organizadores es que haya una edición cada mes ¿será una expectativa demasiado optimista?)

Abel, Bruno, Carlos, Diego, Esteban y Federico (para abreviar, A, B, C, D, E y F) llegan tarde a la clase de Matemáticas. El Prof. Zacarías (Z, para los amigos) les pregunta el motivo del retraso y ellos contestan que se debe a que el automóvil en el que viajaban (los seis juntos) ha sufrido una pinchadura en una rueda y que han perdido tiempo cambiando la goma (o , si se quiere, el neumático) correspondiente.

El Prof. Z duda de la veracidad del relato y, a modo de comprobación, les pide inmediatamente que se sienten en pupitres separados y que cada uno anote en un papel cuál fue la rueda averiada (puede ser la delantera derecha, la delantera izquierda, la trasera derecha o la trasera izquierda). El razonamiento de Z es que si los seis no indican exactamente la misma rueda, entonces podrá afirmar que los alumnos están mintiendo.

Hasta aquí el relato plagia prolijamente un problemita publicado por Martin Gardner en uno de sus libros. Démosle ahora una pequeña vuelta de tuerca. Supongamos que, en efecto, los alumnos hayan mentido, que no hubo ninguna rueda averiada y que llegaron tarde por cualquier otro motivo (inconfesable).

Demos por supuesto, además, que los alumnos elegirán al azar qué rueda van a escribir. Zacarías se pregunta...

1. ¿Cuál es la probabilidad de que los seis anoten la misma rueda?

Gastón, que es otro alumno, ha visto que A y B lograron intercambiar, sin que Z lo notara, unas señas. Gracias a ellas, se han puesto de acuerddo en anotar ambos una rueda delantera, pero no llegaron acordar si anotarán la derecha o la izquierda (cada uno elegirá al azar una de ambas). En base a esta información, Gastón se pregunta...

2. ¿Cuál es la probabilidad de que los seis anoten la misma rueda?

Horacio ha visto lo mismo que Gastón, y ha visto además que C y D también lograron ponerse de acuerdo en escribir ambos una rueda delantera, aunque no pudieron acordar si la derecha o la izquierda. En base a esta información, Horacio se pregunta...

3. ¿Cuál es la probabilidad de que los seis anoten la misma rueda?

Inés, finalmente, ha visto lo mismo que Gastón y Horacio, pero además ha visto que E y F se han puesto de acuerdo... aunque no entendió bien si se pusieron de acuerdo en escribir ambos una rueda delantera o ambos una rueda trasera. Sí es seguro que, como en los dos casos anteriores, no lograron acordar si sería la rueda derecha o la izquierda. En base a esta información, Inés se pregunta...

4. ¿Cuál es la probabilidad de que los seis anoten la misma rueda?

Finalmente...

5. ¿Cuál es la probabilidad "real" de que los seis anoten la misma rueda?

Un problema de probabilidades

(Esta entrada es la participación de El Topo Lógico en el Carnaval de Matemáticas.)

Imaginemos el siguiente juego de azar: se le presentan a un jugador n cajas cerradas, cada una de las cuales contiene una bola marcada con un número entre 1 a n (cajas diferentes contienen números diferentes). Las cajas son perfectamente iguales y es imposible determinar por su aspecto el contenido de cada una.

El jugador anota en la tapa de cada caja un número de 1 a n. No es obligatorio que anote números diferentes. Puede, por ejemplo, anotar un 1 en todas las cajas.

Una vez hechas las anotaciones, se destapan las cajas. El jugador se anota entonces un punto por cada caja en la que el número anotado en la tapa coincida con el número de la bola contenida.

Por ejemplo, si el jugador anota un 1 en todas las cajas entonces ganará exactamente un punto.

Preguntas:

1) Si n es par y el jugador anota un 1 en la mitad de las cajas y un 2 en la otra mitad ¿cuál es su ganancia esperada?

2) ¿Cuál es la estrategia óptima para el jugador? Es decir ¿cuál es la estrategia para la cual la ganancia esperada del jugador es la máxima posible?