Variable aleatoria y distribución de probabilidad

9. Juegos justos e injustos

Objetivo de aprendizaje

  • Usar la esperanza matemática para analizar juegos de azar simples.
  • Distinguir entre juegos justos, favorables y desfavorables según la ganancia esperada.

Ganancia neta

En un juego de azar, no basta con mirar el premio que se puede ganar. También hay que considerar el costo de participar.

La ganancia neta se calcula como:

\[ \text{ganancia neta}=\text{premio recibido}-\text{costo de participación} \]

Si la ganancia neta es negativa, significa que la persona perdió dinero en esa jugada.

Juego justo

Un juego se considera justo para el jugador cuando la esperanza de la ganancia neta es \(0\).

\[ E(G)=0 \]

donde \(G\) representa la ganancia neta.

Si \(E(G)>0\), el juego favorece al jugador en promedio.

Si \(E(G)<0\), el juego desfavorece al jugador en promedio.

Idea clave

Un juego justo no significa que siempre se gane lo mismo ni que no haya riesgo.

Significa que, si el juego se repitiera muchas veces, la ganancia promedio esperada sería \(0\).

Ejemplo 1: juego justo con una moneda

Un juego consiste en lanzar una moneda equilibrada.

  • Si sale cara, el jugador gana \(\$500\).
  • Si sale sello, el jugador pierde \(\$500\).

Sea \(G\) la ganancia neta del jugador. La distribución es:

Valor de \(G\) \(-500\) \(500\)
\(P(G=g)\) \(\frac{1}{2}\) \(\frac{1}{2}\)

Calculamos la esperanza:

\[ E(G)=(-500)\cdot \frac{1}{2}+500\cdot \frac{1}{2} \]

\[ E(G)=-250+250=0 \]

Como \(E(G)=0\), el juego es justo para el jugador.

Ejemplo 2: juego desfavorable

Un juego cuesta \(\$300\) para participar. Se lanza un dado equilibrado.

  • Si sale \(6\), el jugador recibe un premio de \(\$1\,200\).
  • Si no sale \(6\), no recibe premio.

Primero calculamos la ganancia neta.

Si sale \(6\):

\[ G=1\,200-300=900 \]

Si no sale \(6\):

\[ G=0-300=-300 \]

La distribución de \(G\) es:

Valor de \(G\) \(-300\) \(900\)
\(P(G=g)\) \(\frac{5}{6}\) \(\frac{1}{6}\)

Calculamos la esperanza:

\[ E(G)=(-300)\cdot \frac{5}{6}+900\cdot \frac{1}{6} \]

\[ E(G)=-250+150=-100 \]

Como \(E(G)<0\), el juego es desfavorable para el jugador. En promedio teórico, perdería \(\$100\) por participación.

Ejemplo 3: calcular el costo justo

Una rifa entrega un premio de \(\$4\,000\) con probabilidad \(0{,}1\), y no entrega premio con probabilidad \(0{,}9\).

Queremos determinar cuánto debería costar participar para que el juego sea justo.

Primero calculamos el valor esperado del premio:

\[ E(\text{premio})=4\,000\cdot 0{,}1+0\cdot 0{,}9 \]

\[ E(\text{premio})=400 \]

Para que el juego sea justo, el costo debe ser igual al valor esperado del premio.

Por lo tanto, el costo justo de participación es \(\$400\).

Si el costo fuera mayor que \(\$400\), el juego sería desfavorable para el jugador. Si fuera menor, sería favorable para el jugador.

Error frecuente

No se debe decidir si un juego es justo mirando solo el premio máximo.

Un premio grande puede tener una probabilidad muy baja. Por eso, se debe calcular la esperanza de la ganancia neta.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: juego con moneda

Un juego consiste en lanzar una moneda equilibrada.

  • Si sale cara, el jugador gana \(\$200\).
  • Si sale sello, el jugador pierde \(\$200\).

Calcula la esperanza de la ganancia neta e indica si el juego es justo.

Ejercicio 2: juego desfavorable con dado

Un juego cuesta \(\$500\) para participar. Se lanza un dado equilibrado.

  • Si sale \(6\), el jugador recibe \(\$2\,400\).
  • Si no sale \(6\), no recibe premio.

Calcula la ganancia esperada neta e interpreta el resultado.

Ejercicio 3: decidir si favorece al jugador

La ganancia neta \(G\), en pesos, de un juego tiene la siguiente distribución:

Valor de \(G\) \(-100\) \(200\) \(500\)
\(P(G=g)\) \(0{,}50\) \(0{,}30\) \(0{,}20\)

Calcula \(E(G)\) e indica si el juego favorece o desfavorece al jugador.

Ejercicio 4: encontrar el costo justo

Una tómbola entrega un premio de \(\$3\,000\) con probabilidad \(0{,}2\), y no entrega premio con probabilidad \(0{,}8\).

¿Cuál debería ser el costo de participación para que el juego sea justo?

Ejercicio 5: analizar una afirmación

Un juego cuesta \(\$1\,000\). La probabilidad de ganar un premio de \(\$10\,000\) es \(0{,}05\), y la probabilidad de no ganar premio es \(0{,}95\).

Un estudiante afirma: “Conviene jugar porque el premio es mucho mayor que el costo”.

Evalúa la afirmación usando la esperanza de la ganancia neta.

Ejercicio 6: caso desafiante

Un juego consiste en extraer una ficha de una bolsa con \(2\) fichas rojas, \(3\) fichas azules y \(5\) fichas verdes.

El juego cuesta \(\$400\) para participar.

  • Si sale roja, el jugador recibe \(\$1\,500\).
  • Si sale azul, el jugador recibe \(\$600\).
  • Si sale verde, no recibe premio.
  1. Construye la distribución de la ganancia neta \(G\).
  2. Calcula \(E(G)\).
  3. Indica si el juego es justo, favorable o desfavorable para el jugador.