Objetivos de aprendizaje
En esta sección, podrá:
- Construir modelos de probabilidades.
- Calcular las probabilidades de resultados igualmente probables.
- Calcular las probabilidades de la unión de dos eventos.
- Utilizar la regla del complemento para encontrar probabilidades.
- Calcular la probabilidad utilizando la teoría del conteo.
Los habitantes del sureste de Estados Unidos están muy familiarizados con los gráficos, conocidos como modelos de espagueti, como el que aparece en la Figura 1. Combinan una colección de datos meteorológicos para predecir la trayectoria más probable de un huracán. Cada línea de color representa un camino posible. El grupo de líneas onduladas puede empezar a parecerse a hebras de espaguetis, de ahí su nombre. En esta sección investigaremos sobre métodos para hacer este tipo de predicciones.
Construir modelos de probabilidades
Supongamos que lanzamos un cubo numérico de seis caras. Lanzar un cubo numérico es un ejemplo de un experimento, o una actividad con un resultado observable. Los números en el cubo son posibles resultados, o resultados, de este experimento. El conjunto de todos los resultados posibles de un experimento se denomina espacio muestral del experimento. El espacio muestral de este experimento es Un evento es cualquier subconjunto de un espacio muestral.
La posibilidad de que se produzca un suceso se conoce como probabilidad. La probabilidad de un evento es un número que siempre satisface donde 0 indica un suceso imposible y 1 indica un suceso seguro. Un modelo de probabilidades es una descripción matemática de un experimento que enumera todos los resultados posibles y sus probabilidades asociadas. Por ejemplo, si hay un 1 % de posibilidad de ganar una rifa y un 99 % de posibilidades de perderla, un modelo de probabilidades se parecería mucho a la Tabla 1.
Resultado | Probabilidad |
---|---|
Ganar la rifa | 1 % |
Perder la rifa | 99 % |
La suma de las probabilidades enumeradas en un modelo de probabilidades debe ser igual a 1, es decir, al 100 %.
Cómo
Dado un evento de probabilidad en el que cada evento es igualmente posible, construya un modelo de probabilidades.
- Identifique cada resultado.
- Determine el número total de resultados posibles.
- Compare cada resultado con el número total de resultados posibles.
Ejemplo 1
Construir un modelo de probabilidades
Construya un modelo de probabilidades para lanzar un único dado imparcial, siendo el evento el número que aparece en el dado.
Solución
Comience haciendo una lista de todos los posibles resultados del experimento. Los posibles resultados son los números que se pueden lanzar: 1, 2, 3, 4, 5 y 6. Hay seis resultados posibles que conforman el espacio muestral.
Asigne probabilidades a cada resultado en el espacio muestral determinando una relación entre el resultado y el número de resultados posibles. Hay uno de cada uno de los seis números en el cubo, y no hay ninguna razón para pensar que una cara en particular tenga más probabilidades de aparecer que cualquier otra, por lo que la probabilidad de lanzar cualquier número es
Resultado | Lanzamiento del 1 | Lanzamiento del 2 | Lanzamiento del 3 | Lanzamiento del 4 | Lanzamiento del 5 | Lanzamiento del 6 |
Probabilidad |
Preguntas y respuestas
¿Hay que expresar siempre las probabilidades en forma de fracciones?
No. Las probabilidades se pueden expresar como fracciones, decimales o porcentajes. La probabilidad debe ser siempre un número entre 0 y 1, incluso 0 y 1.
Inténtelo #1
Construya un modelo de probabilidades para lanzar una moneda justa.
Calcular probabilidades de resultados igualmente probables
Supongamos que es un espacio muestral para un experimento. Al investigar la probabilidad, un evento es cualquier subconjunto de Cuando los resultados de un experimento son todos igual de posibles, podemos calcular la probabilidad de un evento al dividir el número de resultados del evento entre el número total de resultados en Supongamos que se lanza un cubo numérico, y nos interesa calcular la probabilidad del evento "sacar un número menor que o igual a 4". Hay 4 posibles resultados en el evento y 6 posibles resultados en por lo que la probabilidad del evento es
Calcular la probabilidad de un evento con resultados igualmente probables
La probabilidad de un evento en un experimento con espacio muestral con resultados igualmente probables está dada por
es un subconjunto de por lo que siempre es cierto que
Ejemplo 2
Calcular la probabilidad de un evento con resultados igualmente probables
Se lanza un cubo numérico de seis caras. Calcule la probabilidad de lanzar un número impar.
Solución
El evento "lanzar un número impar" contiene tres resultados. Hay 6 resultados igualmente probables en el espacio muestral. Divida para calcular la probabilidad del evento.
Inténtelo #2
Se lanza un cubo numérico. Calcule la probabilidad de lanzar un número mayor que 2.
Calcular la probabilidad de la unión de dos eventos
A menudo nos interesa calcular la probabilidad de que ocurra uno de los múltiples eventos. Supongamos que estamos jugando un juego de cartas, y que ganaremos si la siguiente carta extraída es un corazón o un rey. Nos interesa calcular la probabilidad de que la siguiente carta sea un corazón o un rey. La unión de dos eventos es el evento que se produce si se da uno de los dos eventos o ambos.
Supongamos que se hace girar la ruleta de la Figura 2. Queremos calcular la probabilidad de girar a anaranjado o girar a
Hay un total de 6 secciones, y 3 de ellas son de color anaranjado. Así que la probabilidad de girar a anaranjado es Hay un total de 6 secciones, y 2 de ellas tienen una Así que la probabilidad de girar a es Si sumamos estas dos probabilidades, estaríamos contando el sector que es a la vez anaranjado y dos veces. Para calcular la probabilidad de hacer girar a anaranjado o a tenemos que restar la probabilidad de que el sector sea a la vez anaranjado y
La probabilidad de girar a anaranjado o a es
Probabilidad de la unión de dos eventos
La probabilidad de la unión de dos eventos y (escrita como ) es igual a la suma de la probabilidad de y la probabilidad de menos la probabilidad de que y ocurran juntos lo cual se llama la intersección de y y se escribe como ).
Ejemplo 3
Calcular la probabilidad de la unión de dos eventos
Se extrae una carta de una baraja estándar. Calcule la probabilidad de sacar un corazón o un 7.
Solución
Una baraja estándar contiene el mismo número de corazones, diamantes, tréboles y picas. Así que la probabilidad de sacar un corazón es Hay cuatro 7 en una baraja estándar, y hay un total de 52 cartas. Así que la probabilidad de sacar un 7 es
La única carta de la baraja que es a la vez un corazón y un 7 es el 7 de corazones, por lo que la probabilidad de sacar tanto un corazón como un 7 es Sustituya en la fórmula.
La probabilidad de sacar un corazón o un 7 es
Inténtelo #3
Se extrae una carta de una baraja estándar. Calcule la probabilidad de sacar una carta roja o un as.
Calcular la probabilidad de eventos mutuamente excluyentes
Supongamos que se hace girar de nuevo la ruleta de la Figura 2, pero esta vez nos interesa la probabilidad de hacer girar a anaranjado o a No hay sectores que sean a la vez de color anaranjado y que contengan una por lo que estos dos sucesos no tienen resultados en común. Se dice que los eventos son mutuamente excluyentes cuando no tienen resultados en común. Ya que no hay superposición, no hay nada que restar, por lo que la fórmula general es
Observe que con eventos mutuamente excluyentes la intersección de y es el conjunto vacío. La probabilidad de hacer girar a anaranjado es y la probabilidad de girar a es Podemos calcular la probabilidad de girar a anaranjado o a simplemente al sumar las dos probabilidades.
La probabilidad de hacer girar a anaranjado o a es
Probabilidad de la unión de eventos mutuamente excluyentes
La probabilidad de la unión de dos eventos mutuamente excluyentes viene dada por
Cómo
Dado un conjunto de eventos, calcule la probabilidad de la unión de eventos mutuamente excluyentes.
- Determine el número total de resultados del primer evento.
- Calcule la probabilidad del primer evento.
- Determine el número total de resultados del segundo evento.
- Calcule la probabilidad del segundo evento.
- Sume las probabilidades.
Ejemplo 4
Calcular la probabilidad de la unión de eventos mutuamente excluyentes
Se extrae una carta de una baraja estándar. Calcule la probabilidad de sacar un corazón o una pica.
Solución
Los eventos "sacar un corazón" y "sacar una pica" son mutuamente excluyentes porque no pueden ocurrir al mismo tiempo. La probabilidad de sacar un corazón es y la probabilidad de sacar una pica también es por lo que la probabilidad de sacar un corazón o una pica es
Inténtelo #4
Se extrae una carta de una baraja estándar. Calcule la probabilidad de sacar un as o un rey.
Usar la regla del complemento para calcular probabilidades
Hemos hablado de cómo calcular la probabilidad de que se produzca un evento. A veces, nos interesa calcular la probabilidad de que un evento no ocurra. El complemento de un evento denotado es el conjunto de resultados en el espacio muestral que no están en Por ejemplo, supongamos que nos interesa la probabilidad de que un caballo pierda una carrera. Si el evento es que el caballo gane la carrera, entonces el complemento del evento es que el caballo pierda la carrera.
Para calcular la probabilidad de que el caballo pierda la carrera, tenemos que utilizar el hecho de que la suma de todas las probabilidades en un modelo de probabilidad debe ser 1.
La probabilidad de que el caballo gane sumada a la probabilidad de que pierda debe ser igual a 1. Por lo tanto, si la probabilidad de que el caballo gane la carrera es la probabilidad de que el caballo pierda la carrera es simplemente
La regla del complemento
La probabilidad de que se produzca el complemento de un evento está dada por
Ejemplo 5
Usar la regla del complemento para calcular probabilidades
Se lanzan dos cubos numéricos de seis caras.
- Ⓐ Calcule la probabilidad de que la suma de los números lanzados sea menor que o igual a 3.
- Ⓑ Calcule la probabilidad de que la suma de los números lanzados sea mayor que 3.
Solución
El primer paso es identificar el espacio muestral, que consiste en todos los resultados posibles. Hay dos cubos numéricos, y cada cubo numérico tiene seis resultados posibles. Utilizando el principio de multiplicación, hallamos que hay o resultados posibles totales. Así, por ejemplo, el 1-1 representa un 1 sacado en cada cubo numérico.
- Ⓐ Tenemos que contar el número de maneras de lanzar una suma de 3 o menos. Esto incluiría los siguientes resultados: 1-1, 1-2 y 2-1. Así que solo hay tres maneras de sacar una suma de 3 o menos. La probabilidad es
- Ⓑ En vez de enumerar todas las posibilidades, podemos utilizar la regla del complemento. Como ya hemos calculado la probabilidad del complemento de este evento, podemos simplemente restar esa probabilidad de 1 para calcular la probabilidad de que la suma de los números lanzados sea mayor que 3.
Inténtelo #5
Se lanzan dos cubos numéricos. Utilice la regla del complemento para calcular la probabilidad de que la suma sea menor que 10.
Calcular la probabilidad mediante la teoría del conteo
Muchos problemas interesantes de probabilidad implican principios de conteo, permutaciones y combinaciones. En estos problemas, utilizaremos permutaciones y combinaciones para hallar el número de elementos en eventos y espacios muestrales. Estos problemas pueden ser complicados, pero pueden hacerse más fáciles si se dividen en problemas de conteo más pequeños.
Supongamos, por ejemplo, que una tienda tiene 8 teléfonos móviles y que 3 de ellos están defectuosos. Podríamos querer calcular la probabilidad de que una pareja que compra 2 teléfonos reciba 2 teléfonos que no estén defectuosos. Para resolver este problema, tenemos que calcular todas las maneras de seleccionar 2 teléfonos que no estén defectuosos, así como todas las maneras de seleccionar 2 teléfonos. Hay 5 teléfonos que no están defectuosos, por lo que hay maneras de seleccionar 2 teléfonos que no estén defectuosos. Hay 8 teléfonos, por lo que hay maneras de seleccionar 2 teléfonos. La probabilidad de seleccionar 2 teléfonos que no estén defectuosos es:
Ejemplo 6
Calcular la probabilidad mediante la teoría del conteo
Un niño selecciona al azar 5 juguetes de una caja que contiene 3 conejos, 5 perros y 6 osos.
- Ⓐ Calcule la probabilidad de que solo se elijan osos.
- Ⓑ Calcule la probabilidad de que se elijan 2 osos y 3 perros.
- Ⓒ Calcule la probabilidad de que, al menos, se elijan 2 perros.
Solución
- Ⓐ Tenemos que contar el número de maneras de elegir solo osos y el número total de maneras posibles de seleccionar 5 juguetes. Hay 6 osos, así que hay maneras de elegir 5 osos. Hay 14 juguetes, por lo que hay maneras de elegir 5 juguetes cualesquiera.
- Ⓑ Tenemos que contar el número de maneras de elegir 2 osos y 3 perros y el número total de maneras posibles de elegir 5 juguetes. Hay 6 osos, así que hay maneras de elegir 2 osos. Hay 5 perros, así que hay maneras de elegir 3 perros. Como estamos eligiendo tanto osos como perros al mismo tiempo, utilizaremos el principio de multiplicación. Hay maneras de elegir 2 osos y 3 perros. Podemos utilizar este resultado para calcular la probabilidad.
- Ⓒ A menudo es más fácil resolver los problemas de "al menos" utilizando la regla del complemento. Empezaremos por calcular la probabilidad de que se elijan menos de 2 perros. Si se eligen menos de 2 perros, entonces o bien no se puede elegir ningún perro, o bien se puede elegir 1 perro.
Cuando no se eligen perros, los 5 juguetes provienen de los 9 juguetes que no son perros. Hay maneras de elegir juguetes de los 9 juguetes que no son perros. Dado que hay 14 juguetes, hay maneras de elegir los 5 juguetes de entre todos los juguetes.
Si se elige 1 perro, entonces 4 juguetes deben proceder de los 9 juguetes que no son perros, y 1 debe proceder de los 5 perros. Como estamos eligiendo tanto perros como otros juguetes al mismo tiempo, utilizaremos el principio de multiplicación. Hay maneras de elegir 1 perro y 1 otro juguete.
Dado que estos sucesos no ocurrirían juntos y, por tanto, son mutuamente excluyentes, sumamos las probabilidades para calcular la probabilidad de que se elijan menos de 2 perros.
A continuación, restamos esa probabilidad de 1 para hallar la probabilidad de que se elijan, al menos, 2 perros.
Inténtelo #6
Un niño selecciona al azar 3 bolas de chicle de un recipiente que contiene 4 bolas de chicle moradas, 8 amarillas y 2 verdes.
- Ⓐ Calcule la probabilidad de que las 3 bolas de chicle seleccionadas sean moradas.
- Ⓑ Calcule la probabilidad de que no se seleccione ninguna bola de chicle amarilla.
- Ⓒ Calcule la probabilidad de que se seleccione, al menos, 1 bola de chicle amarilla.
Media
Acceda a estos recursos en línea para obtener más información y practicar con la probabilidad.
11.7 Ejercicios de sección
Verbales
¿Qué término se utiliza para expresar la posibilidad de que se produzca un evento? ¿Hay restricciones en sus valores? Si es así, ¿cuáles son? Si no es así, explique.
¿Qué es un espacio muestral?
¿Cuál es la diferencia entre eventos y resultados? Dé un ejemplo de ambos utilizando el espacio muestral de lanzar una moneda 50 veces.
La unión de dos conjuntos se define como un conjunto de elementos que están presentes en, al menos, uno de los conjuntos. ¿En qué se parece esto a la definición utilizada para la unión de dos eventos de un modelo de probabilidades? ¿En qué se diferencia?
Numéricos
En los siguientes ejercicios, use la ruleta que se muestra en la Figura 3 para calcular las probabilidades indicadas.
Cae en rojo
No cae en azul
Cae en azul o en una vocal
Cae en amarillo o en una consonante
En los siguientes ejercicios, se lanzan dos monedas.
¿Cuál es el espacio muestral?
Calcule la probabilidad de lanzar exactamente una cruz.
En los siguientes ejercicios, se lanzan cuatro monedas.
¿Cuál es el espacio muestral?
Calcule la probabilidad de lanzar exactamente tres caras.
Calcule la probabilidad de lanzar todas cruces.
Calcule la probabilidad de lanzar exactamente dos caras o, al menos, dos cruces.
En los siguientes ejercicios, se extrae una carta de una baraja estándar de cartas. Calcule la probabilidad de sacar lo siguiente:
Un trébol
Seis o siete
Un as o un diamante
Un corazón o una carta que no sea jota
En los siguientes ejercicios, se lanzan dos dados y se suman los resultados.
Calcule la probabilidad de sacar una suma de
Calcule la probabilidad de sacar una suma impar menor que
Calcule la probabilidad de sacar una suma menor que
Calcule la probabilidad de sacar una suma entre y , inclusive.
Calcule la probabilidad de sacar cualquier suma que no sea ni
En los siguientes ejercicios, se lanza una moneda y se saca una carta de una baraja estándar. Calcule la probabilidad de lo siguiente:
Una cruz en la moneda o un as rojo
No hay ases
En los siguientes ejercicios, utilice este escenario: una bolsa de M&M contiene azules, marrones, anaranjados, amarillos, rojos y M&M verdes. Una persona mete la mano en la bolsa y agarra 5 M&M.
¿Cuál es la probabilidad de obtener M&M azules?
¿Cuál es la probabilidad de no obtener M&M marrones?
Extensiones
Utilice el siguiente escenario para los próximos ejercicios: En el juego de Keno, un jugador comienza con la selección de números de los números del al Después de que el jugador haga sus selecciones, números ganadores se seleccionan al azar entre los números del al Hay una victoria si el jugador ha seleccionado correctamente o de los números ganadores (redondee todas las respuestas a la centésima de porcentaje más cercana).
¿Cuál es el porcentaje de probabilidad de que un jugador seleccione exactamente 3 números ganadores?
¿Cuál es el porcentaje de probabilidad de que un jugador seleccione exactamente 4 números ganadores?
¿Cuál es el porcentaje de posibilidades de ganar?
¿Qué tan menor es la probabilidad de que un jugador seleccione 3 números ganadores comparada a la probabilidad de que seleccione 4 o 5 números ganadores?
Aplicaciones en el mundo real
Utilice estos datos para los próximos ejercicios: En 2013, había unos 317 millones de ciudadanos en Estados Unidos, y unos 40 millones eran de edad avanzada (mayores de 65 años).2
Si conoce a un ciudadano estadounidense, ¿cuál es el porcentaje de probabilidad de que esa persona sea de edad avanzada? (Redondee a la décima de porcentaje más cercana).
Si conoce a cinco ciudadanos estadounidenses, ¿cuál es el porcentaje de probabilidad de que exactamente uno sea de edad avanzada? (Redondee a la décima de porcentaje más cercana).
Si conoce a cinco ciudadanos estadounidenses, ¿cuál es el porcentaje de probabilidad de que tres sean de edad avanzada? (Redondee a la décima de porcentaje más cercana).
Si conoce a cinco ciudadanos estadounidenses, ¿cuál es el porcentaje de probabilidad de que cuatro sean de edad avanzada? (Redondee a la milésima de porcentaje más cercana).
Se prevé que en 2030 uno de cada cinco ciudadanos estadounidenses será de edad avanzada. ¿Cuántas más posibilidades habrá de conocer a una persona de edad avanzada en ese momento? ¿Qué cambios políticos prevé si se cumplen estas estadísticas?