Libro de Permutaciones y Combinatoria
| Sitio: | MATEMÁTICAS × Profe Arauco |
| Curso: | Media 2 |
| Libro: | Libro de Permutaciones y Combinatoria |
| Imprimido por: | Invitado |
| Día: | jueves, 23 de julio de 2026, 19:56 |
Tabla de contenidos
- 1. Experimentos compuestos y necesidad de contar
- 2. Principio multiplicativo de conteo
- 3. Diagramas de árbol para organizar resultados
- 4. Conteo con repetición y sin repetición
- 5. Permutaciones simples
- 6. Permutaciones con restricciones
- 7. Combinaciones simples
- 8. Distinguir permutaciones y combinaciones
- 9. Cálculo de probabilidades usando conteo
- 10. Probabilidad en sorteos, claves y selecciones
- 11. Problemas combinatorios integrados
- 12. Evaluación integradora: conteo combinatorio y cálculo de probabilidades
1. Experimentos compuestos y necesidad de contar
Objetivos de la página
- Reconocer experimentos aleatorios compuestos por más de una etapa.
- Representar resultados de experimentos compuestos usando pares ordenados o listas ordenadas.
- Organizar resultados posibles de forma sistemática.
- Comprender por qué se necesitan técnicas de conteo para calcular probabilidades.
Experimentos simples y compuestos
Un experimento aleatorio simple tiene una sola etapa. Por ejemplo, lanzar una moneda una vez.
Un experimento aleatorio compuesto tiene dos o más etapas. Por ejemplo, lanzar una moneda y luego lanzar un dado.
En los experimentos compuestos, cada resultado debe indicar lo que ocurre en cada etapa.
Representación de resultados compuestos
Cuando un experimento tiene dos etapas, un resultado se puede representar como un par ordenado:
\[ (\text{resultado de la primera etapa},\text{ resultado de la segunda etapa}) \]
Por ejemplo, si primero se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\) y \(B\), un resultado posible es:
\[ (\text{cara},A) \]
El orden importa porque indica qué ocurrió en cada etapa.
Necesidad de contar
Cuando hay pocos resultados posibles, se pueden listar uno por uno. Pero cuando las etapas tienen muchas opciones, listar todo puede ser muy largo.
Por eso se necesitan técnicas de conteo: permiten calcular cuántos resultados posibles hay sin escribirlos todos.
Ejemplo 1: moneda y letra
Se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\).
Los resultados posibles son:
| Moneda | Letra | Resultado compuesto |
|---|---|---|
| cara | \(A\) | \((\text{cara},A)\) |
| cara | \(B\) | \((\text{cara},B)\) |
| cara | \(C\) | \((\text{cara},C)\) |
| sello | \(A\) | \((\text{sello},A)\) |
| sello | \(B\) | \((\text{sello},B)\) |
| sello | \(C\) | \((\text{sello},C)\) |
Hay \(6\) resultados posibles.
Si todos son igualmente probables, la probabilidad de obtener cara y luego la letra \(B\) es:
\[ P((\text{cara},B))=\frac{1}{6} \]
Ejemplo 2: respuestas en una prueba breve
Una prueba tiene dos preguntas de verdadero o falso. Cada resultado se representa indicando primero la respuesta de la pregunta 1 y luego la respuesta de la pregunta 2.
Los resultados posibles son:
\[ (V,V),\quad (V,F),\quad (F,V),\quad (F,F) \]
Hay \(4\) resultados posibles.
Observa que \((V,F)\) y \((F,V)\) no significan lo mismo: en el primero, la pregunta 1 es verdadera y la pregunta 2 es falsa; en el segundo ocurre al revés.
Ejemplo 3: elegir un menú
En un casino escolar se debe elegir un jugo y un sándwich.
Opciones de jugo:
\[ \text{naranja},\quad \text{manzana} \]
Opciones de sándwich:
\[ \text{queso},\quad \text{pollo},\quad \text{palta} \]
Los menús posibles son:
\[ (\text{naranja},\text{queso}),\quad (\text{naranja},\text{pollo}),\quad (\text{naranja},\text{palta}) \]
\[ (\text{manzana},\text{queso}),\quad (\text{manzana},\text{pollo}),\quad (\text{manzana},\text{palta}) \]
Hay \(6\) menús posibles.
Error frecuente
No se debe contar solo las etapas. Un experimento con dos etapas no tiene necesariamente dos resultados.
La cantidad de resultados depende de cuántas opciones haya en cada etapa.
Ejercicio 1
Clasifica cada situación como experimento simple o experimento compuesto.
a) Lanzar una moneda una vez.
b) Lanzar una moneda y luego lanzar un dado.
c) Elegir una carta de un grupo de cartas numeradas.
d) Elegir una polera y luego elegir un pantalón.
a) Es un experimento simple, porque tiene una sola etapa: lanzar una moneda.
b) Es un experimento compuesto, porque tiene dos etapas: lanzar una moneda y lanzar un dado.
c) Es un experimento simple, porque solo se elige una carta.
d) Es un experimento compuesto, porque hay dos etapas: elegir una polera y elegir un pantalón.
Ejercicio 2
Se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\) y \(B\).
a) Lista todos los resultados posibles.
b) ¿Cuántos resultados posibles hay?
c) Si todos los resultados son igualmente probables, calcula la probabilidad de obtener \((\text{cara},A)\).
a) Los resultados posibles son:
\[ (\text{cara},A),\quad (\text{cara},B),\quad (\text{sello},A),\quad (\text{sello},B) \]
b) Hay \(4\) resultados posibles.
c) El resultado \((\text{cara},A)\) es uno de los \(4\) resultados posibles. Por lo tanto:
\[ P((\text{cara},A))=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 3
Una clave breve se forma eligiendo primero un número entre \(1\) y \(2\), y luego una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\).
a) Lista todas las claves posibles.
b) ¿Cuántas claves posibles hay?
Primero fijamos el número \(1\) y listamos todas las letras:
\[ (1,A),\quad (1,B),\quad (1,C) \]
Luego fijamos el número \(2\):
\[ (2,A),\quad (2,B),\quad (2,C) \]
a) Todas las claves posibles son:
\[ (1,A),\quad (1,B),\quad (1,C),\quad (2,A),\quad (2,B),\quad (2,C) \]
b) Hay \(6\) claves posibles.
Ejercicio 4
En un menú se elige una bebida y un postre.
Bebidas disponibles:
\[ \text{agua},\quad \text{jugo} \]
Postres disponibles:
\[ \text{fruta},\quad \text{yogur},\quad \text{gelatina} \]
a) Lista todos los menús posibles.
b) ¿Cuántos menús posibles hay?
Combinamos cada bebida con cada postre.
Con agua:
\[ (\text{agua},\text{fruta}),\quad (\text{agua},\text{yogur}),\quad (\text{agua},\text{gelatina}) \]
Con jugo:
\[ (\text{jugo},\text{fruta}),\quad (\text{jugo},\text{yogur}),\quad (\text{jugo},\text{gelatina}) \]
a) Esos son todos los menús posibles.
b) Hay \(6\) menús posibles.
Ejercicio 5
Se lanzan dos monedas, una después de la otra.
a) Lista todos los resultados posibles.
b) Explica por qué \((\text{cara},\text{sello})\) y \((\text{sello},\text{cara})\) son resultados distintos.
c) Si todos los resultados son igualmente probables, calcula la probabilidad de obtener exactamente una cara.
a) Los resultados posibles son:
\[ (\text{cara},\text{cara}),\quad (\text{cara},\text{sello}),\quad (\text{sello},\text{cara}),\quad (\text{sello},\text{sello}) \]
b) Son resultados distintos porque el orden indica qué ocurrió en el primer lanzamiento y qué ocurrió en el segundo.
En \((\text{cara},\text{sello})\), primero sale cara y luego sello.
En \((\text{sello},\text{cara})\), primero sale sello y luego cara.
c) Exactamente una cara ocurre en:
\[ (\text{cara},\text{sello}),\quad (\text{sello},\text{cara}) \]
Hay \(2\) casos favorables de \(4\) posibles. Por lo tanto:
\[ P(\text{exactamente una cara})=\frac{2}{4}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 6
Una persona elige una polera y un pantalón.
Poleras disponibles:
\[ \text{roja},\quad \text{azul} \]
Pantalones disponibles:
\[ \text{negro},\quad \text{gris} \]
a) Lista todas las tenidas posibles.
b) ¿Cuántas tenidas posibles hay?
c) Si se elige una tenida al azar, calcula la probabilidad de elegir polera azul.
a) Las tenidas posibles son:
\[ (\text{roja},\text{negro}),\quad (\text{roja},\text{gris}),\quad (\text{azul},\text{negro}),\quad (\text{azul},\text{gris}) \]
b) Hay \(4\) tenidas posibles.
c) Las tenidas con polera azul son:
\[ (\text{azul},\text{negro}),\quad (\text{azul},\text{gris}) \]
Hay \(2\) casos favorables de \(4\) posibles. Entonces:
\[ P(\text{polera azul})=\frac{2}{4}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 7
Se lanza una moneda y luego se elige un número entre \(1\), \(2\) y \(3\).
a) Lista todos los resultados posibles.
b) Calcula la probabilidad de obtener cara y un número par.
c) Calcula la probabilidad de obtener sello.
a) Los resultados posibles son:
\[ (\text{cara},1),\quad (\text{cara},2),\quad (\text{cara},3),\quad (\text{sello},1),\quad (\text{sello},2),\quad (\text{sello},3) \]
Hay \(6\) resultados posibles.
b) Cara y número par ocurre solo en:
\[ (\text{cara},2) \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{cara y número par})=\frac{1}{6} \]
c) Obtener sello ocurre en:
\[ (\text{sello},1),\quad (\text{sello},2),\quad (\text{sello},3) \]
Hay \(3\) casos favorables de \(6\) posibles:
\[ P(\text{sello})=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 8
Un estudiante debe listar los resultados posibles de elegir primero una letra entre \(A\) y \(B\), y luego un número entre \(1\) y \(2\).
Escribe:
\[ (A,1),\quad (B,2) \]
¿Su lista está completa? Corrígela y explica el error.
La lista no está completa.
El error es no combinar cada letra con cada número.
La lista completa es:
\[ (A,1),\quad (A,2),\quad (B,1),\quad (B,2) \]
Hay \(4\) resultados posibles, no \(2\).
Ejercicio 9
Una plataforma genera una recomendación eligiendo un formato y un tema.
Formatos:
\[ \text{video},\quad \text{texto},\quad \text{actividad} \]
Temas:
\[ \text{matemática},\quad \text{ciencias} \]
a) Lista todos los resultados posibles.
b) Si todas las combinaciones son igualmente probables, calcula la probabilidad de que la recomendación sea de matemática.
a) Los resultados posibles son:
\[ (\text{video},\text{matemática}),\quad (\text{video},\text{ciencias}) \]
\[ (\text{texto},\text{matemática}),\quad (\text{texto},\text{ciencias}) \]
\[ (\text{actividad},\text{matemática}),\quad (\text{actividad},\text{ciencias}) \]
Hay \(6\) resultados posibles.
b) Las recomendaciones de matemática son:
\[ (\text{video},\text{matemática}),\quad (\text{texto},\text{matemática}),\quad (\text{actividad},\text{matemática}) \]
Hay \(3\) casos favorables de \(6\) posibles. Entonces:
\[ P(\text{matemática})=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 10
Una clave se forma eligiendo primero una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\), y luego un dígito entre \(0\), \(1\), \(2\) y \(3\).
a) ¿Por qué listar todas las claves empieza a ser menos conveniente?
b) ¿Cuántas claves posibles hay?
c) Explica por qué este tipo de situación muestra la necesidad de técnicas de conteo.
a) Listar todas las claves empieza a ser menos conveniente porque hay varias combinaciones. Si aumentan las letras o los dígitos, la lista crece rápidamente.
b) Hay \(3\) opciones de letra y \(4\) opciones de dígito. Al combinar cada letra con cada dígito, se obtienen:
\[ 3\cdot 4=12 \]
Por lo tanto, hay \(12\) claves posibles.
c) Esta situación muestra la necesidad de técnicas de conteo porque permite calcular cuántos resultados hay sin escribirlos todos uno por uno.
Ejercicio 11
Para organizar una salida escolar se elige un medio de transporte y un horario.
Medios de transporte:
\[ \text{bus},\quad \text{metro},\quad \text{caminata} \]
Horarios:
\[ \text{mañana},\quad \text{tarde} \]
a) Lista todos los resultados posibles.
b) Si todas las opciones son igualmente probables, calcula la probabilidad de elegir bus.
c) Calcula la probabilidad de elegir horario de tarde.
a) Los resultados posibles son:
\[ (\text{bus},\text{mañana}),\quad (\text{bus},\text{tarde}) \]
\[ (\text{metro},\text{mañana}),\quad (\text{metro},\text{tarde}) \]
\[ (\text{caminata},\text{mañana}),\quad (\text{caminata},\text{tarde}) \]
Hay \(6\) resultados posibles.
b) Elegir bus ocurre en:
\[ (\text{bus},\text{mañana}),\quad (\text{bus},\text{tarde}) \]
Hay \(2\) casos favorables de \(6\) posibles:
\[ P(\text{bus})=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
c) Elegir horario de tarde ocurre en:
\[ (\text{bus},\text{tarde}),\quad (\text{metro},\text{tarde}),\quad (\text{caminata},\text{tarde}) \]
Hay \(3\) casos favorables de \(6\) posibles:
\[ P(\text{tarde})=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 12
Un estudiante afirma:
“Si un experimento tiene dos etapas, entonces tiene solo dos resultados posibles”.
¿La afirmación es correcta? Explica con un ejemplo.
La afirmación no es correcta.
La cantidad de etapas no es lo mismo que la cantidad de resultados posibles.
Por ejemplo, si se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\), hay dos etapas:
- etapa 1: lanzar la moneda;
- etapa 2: elegir una letra.
Pero los resultados posibles son:
\[ (\text{cara},A),\quad (\text{cara},B),\quad (\text{cara},C),\quad (\text{sello},A),\quad (\text{sello},B),\quad (\text{sello},C) \]
Hay \(6\) resultados posibles, no \(2\).
Para continuar
En la próxima página se estudiará el principio multiplicativo de conteo, que permite calcular la cantidad de resultados posibles sin listar todos los casos.
2. Principio multiplicativo de conteo
Objetivos de la página
- Comprender el principio multiplicativo de conteo.
- Identificar etapas y opciones en un experimento compuesto.
- Calcular la cantidad total de resultados posibles sin listarlos uno por uno.
- Usar conteo para calcular probabilidades en situaciones equiprobables.
Contar por etapas
En un experimento compuesto, muchas veces las decisiones o resultados ocurren por etapas.
Por ejemplo, al elegir una polera y luego un pantalón, primero se elige una polera y después un pantalón.
Si cada opción de la primera etapa se puede combinar con cada opción de la segunda etapa, se puede contar multiplicando.
Principio multiplicativo
Si una etapa tiene \(n_1\) opciones, una segunda etapa tiene \(n_2\) opciones, una tercera etapa tiene \(n_3\) opciones, y así sucesivamente, entonces la cantidad total de resultados posibles es:
\[ n_1\cdot n_2\cdot n_3\cdots \]
En el caso de dos etapas:
\[ \text{total de resultados}=n_1\cdot n_2 \]
Conteo y probabilidad
Si todos los resultados posibles son igualmente probables, se puede calcular una probabilidad usando:
\[ P(A)=\frac{\text{número de casos favorables}}{\text{número de casos posibles}} \]
El principio multiplicativo permite calcular tanto los casos posibles como los casos favorables.
Ejemplo 1: elegir un menú
En un casino escolar se elige una bebida y un sándwich.
Hay \(3\) bebidas disponibles y \(4\) tipos de sándwich.
Como cada bebida se puede combinar con cada sándwich, la cantidad total de menús posibles es:
\[ 3\cdot 4=12 \]
Por lo tanto, hay \(12\) menús posibles.
Si una de las bebidas es jugo y todas las combinaciones son igualmente probables, la probabilidad de elegir jugo es:
Casos favorables: elegir jugo y cualquiera de los \(4\) sándwiches.
\[ 1\cdot 4=4 \]
Casos posibles:
\[ 3\cdot 4=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{jugo})=\frac{4}{12}=\frac{1}{3} \]
Ejemplo 2: formar una clave
Una clave se forma con una letra y dos dígitos. La letra puede ser \(A\), \(B\), \(C\) o \(D\). Cada dígito puede ser cualquiera entre \(0\) y \(9\), y se permite repetir dígitos.
La clave tiene tres etapas:
- elegir la letra: \(4\) opciones;
- elegir el primer dígito: \(10\) opciones;
- elegir el segundo dígito: \(10\) opciones.
Por el principio multiplicativo:
\[ 4\cdot 10\cdot 10=400 \]
Hay \(400\) claves posibles.
Si se quiere calcular la probabilidad de que la clave comience con \(A\), los casos favorables son:
\[ 1\cdot 10\cdot 10=100 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{100}{400}=\frac{1}{4} \]
Ejemplo 3: recomendaciones de una plataforma
Una plataforma genera una recomendación eligiendo:
- un formato entre video, texto o actividad;
- un tema entre matemática, ciencias, lenguaje o historia;
- un nivel entre inicial o avanzado.
La cantidad total de recomendaciones posibles es:
\[ 3\cdot 4\cdot 2=24 \]
Si queremos calcular la probabilidad de que la recomendación sea un video de matemática, el nivel puede ser cualquiera de los \(2\).
Casos favorables:
\[ 1\cdot 1\cdot 2=2 \]
Casos posibles:
\[ 24 \]
Entonces:
\[ P(\text{video de matemática})=\frac{2}{24}=\frac{1}{12} \]
Error frecuente
No se deben sumar las opciones de etapas distintas cuando cada opción de una etapa se combina con cada opción de otra.
Por ejemplo, si hay \(3\) bebidas y \(4\) sándwiches, no hay \(3+4=7\) menús. Hay:
\[ 3\cdot 4=12 \]
Pregunta clave
Para usar el principio multiplicativo, pregúntate:
“¿Cuántas opciones hay en esta etapa por cada opción de la etapa anterior?”
Si cada opción se combina con las demás, corresponde multiplicar.
Ejercicio 1
Una persona elige una polera y un pantalón.
Hay \(4\) poleras disponibles y \(3\) pantalones disponibles.
a) ¿Cuántas tenidas posibles puede formar?
b) Si todas las tenidas son igualmente probables y solo una polera es azul, ¿cuál es la probabilidad de elegir una tenida con polera azul?
a) Hay \(4\) opciones de polera y \(3\) opciones de pantalón. Por el principio multiplicativo:
\[ 4\cdot 3=12 \]
Puede formar \(12\) tenidas posibles.
b) Para que la tenida tenga polera azul, la polera queda fija y el pantalón puede ser cualquiera de los \(3\):
\[ 1\cdot 3=3 \]
Hay \(3\) casos favorables de \(12\) posibles. Entonces:
\[ P(\text{polera azul})=\frac{3}{12}=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 2
Para armar un desayuno se elige una bebida, un alimento principal y una fruta.
Hay \(2\) bebidas, \(3\) alimentos principales y \(4\) frutas.
a) ¿Cuántos desayunos distintos se pueden formar?
b) Si una de las frutas es manzana, ¿cuál es la probabilidad de que el desayuno incluya manzana?
a) Aplicamos el principio multiplicativo:
\[ 2\cdot 3\cdot 4=24 \]
Se pueden formar \(24\) desayunos distintos.
b) Para incluir manzana, la fruta queda fija. La bebida puede ser cualquiera de las \(2\), y el alimento principal cualquiera de los \(3\):
\[ 2\cdot 3\cdot 1=6 \]
Hay \(6\) casos favorables de \(24\) posibles. Por lo tanto:
\[ P(\text{manzana})=\frac{6}{24}=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\), seguida de un dígito entre \(0\) y \(9\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuál es la probabilidad de que la clave comience con \(A\)?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el dígito sea \(7\)?
a) Hay \(5\) opciones de letra y \(10\) opciones de dígito:
\[ 5\cdot 10=50 \]
Hay \(50\) claves posibles.
b) Si la clave comienza con \(A\), la letra queda fija y el dígito puede ser cualquiera de los \(10\):
\[ 1\cdot 10=10 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{10}{50}=\frac{1}{5} \]
c) Si el dígito es \(7\), la letra puede ser cualquiera de las \(5\):
\[ 5\cdot 1=5 \]
Entonces:
\[ P(\text{dígito }7)=\frac{5}{50}=\frac{1}{10} \]
Ejercicio 4
Se lanzan dos dados comunes, uno después del otro.
a) ¿Cuántos resultados posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que el primer dado muestre un número par.
c) Calcula la probabilidad de que el primer dado muestre un número par y el segundo dado sea mayor que \(4\).
a) Cada dado tiene \(6\) resultados posibles. Como se lanzan dos dados:
\[ 6\cdot 6=36 \]
Hay \(36\) resultados posibles.
b) En el primer dado, los números pares son \(2\), \(4\) y \(6\), es decir, \(3\) opciones. El segundo dado puede ser cualquiera de los \(6\):
\[ 3\cdot 6=18 \]
Entonces:
\[ P(\text{primer dado par})=\frac{18}{36}=\frac{1}{2} \]
c) Primer dado par: \(3\) opciones. Segundo dado mayor que \(4\): \(5\) o \(6\), es decir, \(2\) opciones.
Casos favorables:
\[ 3\cdot 2=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{primer dado par y segundo mayor que }4)=\frac{6}{36}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 5
Una etiqueta se forma eligiendo una vocal entre \(A\), \(E\), \(I\) y \(O\), un número entre \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\), y un color entre rojo, azul y verde.
a) ¿Cuántas etiquetas posibles hay?
b) ¿Cuál es la probabilidad de obtener una etiqueta con la vocal \(E\) y color rojo?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el número sea par?
a) Hay \(4\) vocales, \(5\) números y \(3\) colores:
\[ 4\cdot 5\cdot 3=60 \]
Hay \(60\) etiquetas posibles.
b) Vocal \(E\): \(1\) opción. Color rojo: \(1\) opción. El número puede ser cualquiera de los \(5\):
\[ 1\cdot 5\cdot 1=5 \]
Entonces:
\[ P(\text{vocal }E\text{ y color rojo})=\frac{5}{60}=\frac{1}{12} \]
c) Los números pares son \(2\) y \(4\), es decir, \(2\) opciones. La vocal puede ser cualquiera de las \(4\) y el color cualquiera de los \(3\):
\[ 4\cdot 2\cdot 3=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{número par})=\frac{24}{60}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 6
Una prueba tiene \(4\) preguntas de verdadero o falso.
a) ¿Cuántas formas distintas hay de responder la prueba?
b) Si todas las formas de responder son igualmente probables, ¿cuál es la probabilidad de responder verdadero en la primera pregunta?
c) ¿Cuál es la probabilidad de responder falso en todas las preguntas?
a) Cada pregunta tiene \(2\) opciones: verdadero o falso. Para \(4\) preguntas:
\[ 2\cdot 2\cdot 2\cdot 2=16 \]
Hay \(16\) formas distintas de responder.
b) Si la primera pregunta debe ser verdadera, queda fija. Las otras \(3\) preguntas tienen \(2\) opciones cada una:
\[ 1\cdot 2\cdot 2\cdot 2=8 \]
Entonces:
\[ P(\text{primera verdadera})=\frac{8}{16}=\frac{1}{2} \]
c) Responder falso en todas las preguntas corresponde a una sola forma:
\[ (F,F,F,F) \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{todas falsas})=\frac{1}{16} \]
Ejercicio 7
Una clave se forma con dos letras y un dígito. Cada letra puede ser \(A\), \(B\) o \(C\), y el dígito puede ser \(0\), \(1\), \(2\), \(3\) o \(4\). Se permite repetir letras.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuál es la probabilidad de que la primera letra sea \(A\)?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el dígito sea mayor que \(2\)?
a) Primera letra: \(3\) opciones. Segunda letra: \(3\) opciones. Dígito: \(5\) opciones.
\[ 3\cdot 3\cdot 5=45 \]
Hay \(45\) claves posibles.
b) Si la primera letra es \(A\), queda fija. La segunda letra tiene \(3\) opciones y el dígito \(5\):
\[ 1\cdot 3\cdot 5=15 \]
Entonces:
\[ P(\text{primera letra }A)=\frac{15}{45}=\frac{1}{3} \]
c) Los dígitos mayores que \(2\) son \(3\) y \(4\), es decir, \(2\) opciones. Las letras tienen \(3\) opciones cada una:
\[ 3\cdot 3\cdot 2=18 \]
Entonces:
\[ P(\text{dígito mayor que }2)=\frac{18}{45}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 8
Un código de tres dígitos se forma usando los dígitos \(0\), \(1\), \(2\), \(3\) y \(4\), sin repetir dígitos.
a) ¿Cuántos códigos distintos se pueden formar?
b) ¿Cuál es la probabilidad de que el código comience con \(0\)?
a) Para el primer dígito hay \(5\) opciones. Como no se puede repetir, para el segundo quedan \(4\) opciones, y para el tercero quedan \(3\):
\[ 5\cdot 4\cdot 3=60 \]
Se pueden formar \(60\) códigos distintos.
b) Si el código comienza con \(0\), el primer dígito queda fijo. Para el segundo quedan \(4\) opciones y para el tercero quedan \(3\):
\[ 1\cdot 4\cdot 3=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }0)=\frac{12}{60}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 9
Para una salida escolar se elige un medio de transporte, un horario y una actividad.
Hay \(3\) medios de transporte, \(2\) horarios y \(4\) actividades posibles.
a) ¿Cuántas opciones completas de salida se pueden formar?
b) Si solo una actividad es visitar un museo, ¿cuál es la probabilidad de que la salida incluya museo?
c) Si solo un horario es en la tarde, ¿cuál es la probabilidad de que la salida sea en la tarde?
a) Aplicamos el principio multiplicativo:
\[ 3\cdot 2\cdot 4=24 \]
Se pueden formar \(24\) opciones completas de salida.
b) Si la actividad es museo, la actividad queda fija. El transporte tiene \(3\) opciones y el horario \(2\):
\[ 3\cdot 2\cdot 1=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{museo})=\frac{6}{24}=\frac{1}{4} \]
c) Si la salida es en la tarde, el horario queda fijo. El transporte tiene \(3\) opciones y la actividad \(4\):
\[ 3\cdot 1\cdot 4=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{tarde})=\frac{12}{24}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 10
Una persona elige una polera, un pantalón y un par de zapatillas.
Hay \(4\) poleras, \(3\) pantalones y \(2\) pares de zapatillas.
a) ¿Cuántas tenidas completas puede formar?
b) Si solo una polera es azul, ¿cuál es la probabilidad de elegir polera azul?
c) Si solo un pantalón es negro y solo un par de zapatillas es blanco, ¿cuál es la probabilidad de elegir pantalón negro y zapatillas blancas?
a) Hay \(4\) opciones de polera, \(3\) de pantalón y \(2\) de zapatillas:
\[ 4\cdot 3\cdot 2=24 \]
Puede formar \(24\) tenidas completas.
b) Polera azul: \(1\) opción. Pantalón: \(3\) opciones. Zapatillas: \(2\) opciones.
\[ 1\cdot 3\cdot 2=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{polera azul})=\frac{6}{24}=\frac{1}{4} \]
c) Pantalón negro: \(1\) opción. Zapatillas blancas: \(1\) opción. La polera puede ser cualquiera de las \(4\):
\[ 4\cdot 1\cdot 1=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{pantalón negro y zapatillas blancas})=\frac{4}{24}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 11
En una heladería se elige un sabor de helado y una cobertura.
Hay \(3\) sabores y \(4\) coberturas.
Un estudiante afirma que hay \(3+4=7\) combinaciones posibles.
a) Explica el error.
b) Calcula la cantidad correcta de combinaciones.
c) Si uno de los sabores es chocolate, calcula la probabilidad de elegir chocolate.
a) El error es sumar opciones de etapas distintas. Como cada sabor se puede combinar con cada cobertura, corresponde multiplicar.
b) La cantidad correcta de combinaciones es:
\[ 3\cdot 4=12 \]
c) Si el sabor es chocolate, el sabor queda fijo y la cobertura puede ser cualquiera de las \(4\):
\[ 1\cdot 4=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{chocolate})=\frac{4}{12}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 12
Una plataforma genera una recomendación eligiendo:
- un formato entre video, texto o actividad;
- un tema entre \(5\) asignaturas distintas;
- un nivel entre inicial o avanzado.
a) ¿Cuántas recomendaciones posibles puede generar?
b) Si una de las asignaturas es matemática, ¿cuál es la probabilidad de que la recomendación sea de matemática?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que la recomendación sea video y de nivel avanzado?
d) ¿Cuál es la probabilidad de que la recomendación no sea de matemática?
a) Hay \(3\) formatos, \(5\) asignaturas y \(2\) niveles:
\[ 3\cdot 5\cdot 2=30 \]
Puede generar \(30\) recomendaciones posibles.
b) Si la asignatura es matemática, el formato puede ser cualquiera de los \(3\) y el nivel cualquiera de los \(2\):
\[ 3\cdot 1\cdot 2=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática})=\frac{6}{30}=\frac{1}{5} \]
c) Si la recomendación es video y de nivel avanzado, el formato queda fijo y el nivel queda fijo. El tema puede ser cualquiera de las \(5\) asignaturas:
\[ 1\cdot 5\cdot 1=5 \]
Entonces:
\[ P(\text{video y avanzado})=\frac{5}{30}=\frac{1}{6} \]
d) Si la recomendación no es de matemática, hay \(4\) asignaturas posibles. El formato tiene \(3\) opciones y el nivel \(2\):
\[ 3\cdot 4\cdot 2=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{no matemática})=\frac{24}{30}=\frac{4}{5} \]
Para continuar
En la próxima página se usarán diagramas de árbol para organizar visualmente los resultados posibles de experimentos compuestos.
3. Diagramas de árbol para organizar resultados
Objetivos de la página
- Representar experimentos compuestos mediante diagramas de árbol.
- Organizar resultados posibles por etapas.
- Identificar caminos completos como resultados del experimento.
- Usar diagramas de árbol para calcular casos posibles, casos favorables y probabilidades.
¿Qué es un diagrama de árbol?
Un diagrama de árbol organiza los resultados de un experimento compuesto por etapas.
Cada rama representa una opción posible, y cada camino completo desde el inicio hasta el final representa un resultado posible del experimento.
Cómo leer un diagrama de árbol
- Identifica la primera etapa del experimento.
- Desde cada opción de la primera etapa, dibuja las opciones de la segunda etapa.
- Continúa del mismo modo si hay más etapas.
- Cada camino completo corresponde a un resultado posible.
- La cantidad de caminos completos permite contar los casos posibles.
Relación con el principio multiplicativo
El diagrama de árbol permite visualizar por qué se multiplican las opciones de cada etapa.
Si hay \(2\) opciones en la primera etapa y \(3\) opciones en la segunda, el árbol tiene:
\[ 2\cdot 3=6 \]
caminos completos.
Ejemplo 1: moneda y letra
Se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\).
El experimento tiene dos etapas:
- Etapa 1: resultado de la moneda.
- Etapa 2: letra elegida.
Como la moneda tiene \(2\) resultados posibles y hay \(3\) letras, la cantidad de caminos completos es:
\[ 2\cdot 3=6 \]
Los resultados posibles son:
\[ (\text{cara},A),\quad (\text{cara},B),\quad (\text{cara},C) \]
\[ (\text{sello},A),\quad (\text{sello},B),\quad (\text{sello},C) \]
Ejemplo 2: dos preguntas de verdadero o falso
Una prueba tiene dos preguntas de verdadero o falso.
Cada pregunta tiene \(2\) opciones: \(V\) o \(F\).
Por lo tanto, la cantidad de formas posibles de responder es:
\[ 2\cdot 2=4 \]
Los caminos completos son:
\[ (V,V),\quad (V,F),\quad (F,V),\quad (F,F) \]
Observa que \((V,F)\) y \((F,V)\) son resultados distintos, porque el orden indica qué se respondió en cada pregunta.
Ejemplo 3: usar el árbol para calcular una probabilidad
Se lanza una moneda y luego un dado común.
Queremos calcular la probabilidad de obtener cara y un número par.
La moneda tiene \(2\) opciones y el dado tiene \(6\) opciones. Entonces:
\[ 2\cdot 6=12 \]
Hay \(12\) resultados posibles.
Para obtener cara y un número par:
- la moneda queda fija en cara: \(1\) opción;
- el dado puede ser \(2\), \(4\) o \(6\): \(3\) opciones.
Casos favorables:
\[ 1\cdot 3=3 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{cara y número par})=\frac{3}{12}=\frac{1}{4} \]
Error frecuente
No se debe contar solo las ramas finales sin considerar el camino completo.
En un diagrama de árbol, un resultado no es una rama aislada, sino un camino completo desde el inicio hasta el final.
Para construir un árbol
Primero identifica las etapas. Luego, en cada etapa, escribe todas las opciones posibles. Finalmente, cuenta los caminos completos.
Ejercicio 1
Se lanza una moneda y luego se elige una letra entre \(A\) y \(B\).
a) Identifica las etapas del experimento.
b) Representa los resultados posibles como caminos completos.
c) ¿Cuántos resultados posibles hay?
a) Las etapas son:
- Etapa 1: lanzar una moneda.
- Etapa 2: elegir una letra entre \(A\) y \(B\).
b) Los caminos completos son:
\[ (\text{cara},A),\quad (\text{cara},B),\quad (\text{sello},A),\quad (\text{sello},B) \]
c) Hay:
\[ 2\cdot 2=4 \]
resultados posibles.
Ejercicio 2
Una clave se forma eligiendo una letra entre \(A\), \(B\) y \(C\), y luego un número entre \(1\) y \(2\).
a) Lista todos los resultados posibles.
b) ¿Cuántos caminos completos tendría el diagrama de árbol?
c) Si todas las claves son igualmente probables, calcula la probabilidad de que la clave comience con \(B\).
a) Las claves posibles son:
\[ (A,1),\quad (A,2),\quad (B,1),\quad (B,2),\quad (C,1),\quad (C,2) \]
b) El árbol tendría:
\[ 3\cdot 2=6 \]
caminos completos.
c) Las claves que comienzan con \(B\) son:
\[ (B,1),\quad (B,2) \]
Hay \(2\) casos favorables de \(6\) posibles. Entonces:
\[ P(\text{comienza con }B)=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 3
Se responden tres preguntas de verdadero o falso.
a) ¿Cuántas etapas tiene el experimento?
b) ¿Cuántas opciones hay en cada etapa?
c) ¿Cuántas formas distintas hay de responder?
d) Si todas las formas son igualmente probables, calcula la probabilidad de responder \(V\) en todas las preguntas.
a) El experimento tiene \(3\) etapas, una por cada pregunta.
b) En cada etapa hay \(2\) opciones: \(V\) o \(F\).
c) Por el principio multiplicativo:
\[ 2\cdot 2\cdot 2=8 \]
Hay \(8\) formas distintas de responder.
d) Responder \(V\) en todas las preguntas corresponde a un solo camino:
\[ (V,V,V) \]
Entonces:
\[ P(V,V,V)=\frac{1}{8} \]
Ejercicio 4
Observa el siguiente árbol para una clave formada por una letra y un número.
a) ¿Cuántas letras posibles hay?
b) ¿Cuántos números posibles hay?
c) ¿Cuántos caminos completos tiene el árbol?
d) Si todos los caminos son igualmente probables, calcula la probabilidad de que la clave tenga la letra \(A\).
a) Hay \(3\) letras posibles: \(A\), \(B\) y \(C\).
b) Hay \(2\) números posibles: \(1\) y \(2\).
c) La cantidad de caminos completos es:
\[ 3\cdot 2=6 \]
d) Si la letra es \(A\), el número puede ser \(1\) o \(2\). Hay \(2\) casos favorables de \(6\) posibles:
\[ P(\text{letra }A)=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 5
Se lanza una moneda y luego un dado común.
a) ¿Cuántos resultados posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de obtener sello y un número mayor que \(4\).
c) Calcula la probabilidad de obtener un número par en el dado.
a) La moneda tiene \(2\) opciones y el dado \(6\):
\[ 2\cdot 6=12 \]
Hay \(12\) resultados posibles.
b) Sello queda fijo: \(1\) opción. Número mayor que \(4\): \(5\) o \(6\), es decir, \(2\) opciones.
Casos favorables:
\[ 1\cdot 2=2 \]
Entonces:
\[ P(\text{sello y número mayor que }4)=\frac{2}{12}=\frac{1}{6} \]
c) Número par en el dado puede ser \(2\), \(4\) o \(6\), es decir, \(3\) opciones. La moneda puede ser cara o sello: \(2\) opciones.
Casos favorables:
\[ 2\cdot 3=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{número par})=\frac{6}{12}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 6
Una plataforma genera una recomendación eligiendo primero un formato y luego un tema.
Formatos: video, texto, actividad.
Temas: matemática, ciencias, lenguaje.
a) ¿Cuántos resultados posibles hay?
b) Lista los resultados que corresponden a matemática.
c) Calcula la probabilidad de que la recomendación sea de matemática.
a) Hay \(3\) formatos y \(3\) temas:
\[ 3\cdot 3=9 \]
Hay \(9\) resultados posibles.
b) Los resultados que corresponden a matemática son:
\[ (\text{video},\text{matemática}),\quad (\text{texto},\text{matemática}),\quad (\text{actividad},\text{matemática}) \]
c) Hay \(3\) casos favorables de \(9\) posibles:
\[ P(\text{matemática})=\frac{3}{9}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 7
Una tenida se forma eligiendo una polera, un pantalón y un par de zapatillas.
Hay \(2\) poleras, \(3\) pantalones y \(2\) pares de zapatillas.
a) ¿Cuántas etapas tiene el experimento?
b) ¿Cuántos caminos completos tendría el árbol?
c) Si una polera es roja, calcula la probabilidad de elegir polera roja.
a) Tiene \(3\) etapas:
- elegir polera;
- elegir pantalón;
- elegir zapatillas.
b) La cantidad de caminos completos es:
\[ 2\cdot 3\cdot 2=12 \]
c) Si la polera roja queda fija, el pantalón puede ser cualquiera de los \(3\) y las zapatillas cualquiera de los \(2\):
\[ 1\cdot 3\cdot 2=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{polera roja})=\frac{6}{12}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 8
Un estudiante dice:
“En un árbol, si la primera etapa tiene \(3\) ramas y la segunda tiene \(2\), entonces hay \(3+2=5\) resultados posibles”.
¿Cuál es el error? Corrige la afirmación.
El error es sumar las ramas de etapas distintas.
Si cada rama de la primera etapa se conecta con cada opción de la segunda, se debe multiplicar:
\[ 3\cdot 2=6 \]
Por lo tanto, hay \(6\) caminos completos, no \(5\).
Ejercicio 9
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\) y \(D\), y luego dos dígitos. Cada dígito puede ser \(0\), \(1\) o \(2\), y se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántos caminos completos tendría el árbol?
b) ¿Cuál es la probabilidad de que la clave comience con \(A\)?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que ambos dígitos sean \(2\)?
a) Hay \(4\) opciones de letra, \(3\) opciones para el primer dígito y \(3\) opciones para el segundo dígito:
\[ 4\cdot 3\cdot 3=36 \]
El árbol tendría \(36\) caminos completos.
b) Si la clave comienza con \(A\), la letra queda fija. Los dígitos pueden variar:
\[ 1\cdot 3\cdot 3=9 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{9}{36}=\frac{1}{4} \]
c) Si ambos dígitos son \(2\), los dígitos quedan fijos, pero la letra puede ser cualquiera de las \(4\):
\[ 4\cdot 1\cdot 1=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{ambos dígitos son }2)=\frac{4}{36}=\frac{1}{9} \]
Ejercicio 10
Un menú se forma eligiendo entrada, plato de fondo y postre.
Hay \(2\) entradas, \(4\) platos de fondo y \(3\) postres.
a) ¿Cuántos menús posibles hay?
b) Si una entrada es ensalada, ¿cuál es la probabilidad de elegir ensalada?
c) Si un postre es fruta, ¿cuál es la probabilidad de elegir ensalada y fruta?
a) La cantidad de menús posibles es:
\[ 2\cdot 4\cdot 3=24 \]
b) Si la entrada es ensalada, la entrada queda fija. El plato de fondo tiene \(4\) opciones y el postre \(3\):
\[ 1\cdot 4\cdot 3=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{ensalada})=\frac{12}{24}=\frac{1}{2} \]
c) Si la entrada es ensalada y el postre es fruta, ambas etapas quedan fijas. El plato de fondo puede ser cualquiera de los \(4\):
\[ 1\cdot 4\cdot 1=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{ensalada y fruta})=\frac{4}{24}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 11
Un experimento compuesto tiene tres etapas:
- la primera etapa tiene \(2\) opciones;
- la segunda etapa tiene \(5\) opciones;
- la tercera etapa tiene \(3\) opciones.
a) ¿Cuántos caminos completos hay?
b) Si en la primera etapa se fija una opción específica, ¿cuántos caminos quedan?
c) Si en la primera y tercera etapa se fija una opción específica, ¿cuántos caminos quedan?
a) La cantidad total de caminos completos es:
\[ 2\cdot 5\cdot 3=30 \]
b) Si se fija una opción de la primera etapa, quedan libres la segunda y tercera etapa:
\[ 1\cdot 5\cdot 3=15 \]
c) Si se fija una opción de la primera etapa y una opción de la tercera, solo queda libre la segunda etapa:
\[ 1\cdot 5\cdot 1=5 \]
Ejercicio 12
Una plataforma genera una recomendación eligiendo:
- un formato entre video, texto o actividad;
- una asignatura entre matemática, ciencias, lenguaje o historia;
- un nivel entre inicial o avanzado.
a) ¿Cuántos caminos completos tendría el árbol?
b) Calcula la probabilidad de que la recomendación sea de matemática.
c) Calcula la probabilidad de que sea video y de nivel avanzado.
d) Explica por qué el árbol ayuda a organizar el conteo.
a) Hay \(3\) formatos, \(4\) asignaturas y \(2\) niveles:
\[ 3\cdot 4\cdot 2=24 \]
El árbol tendría \(24\) caminos completos.
b) Si la recomendación es de matemática, la asignatura queda fija. El formato tiene \(3\) opciones y el nivel \(2\):
\[ 3\cdot 1\cdot 2=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática})=\frac{6}{24}=\frac{1}{4} \]
c) Si la recomendación es video y de nivel avanzado, el formato y el nivel quedan fijos. La asignatura puede ser cualquiera de las \(4\):
\[ 1\cdot 4\cdot 1=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{video y avanzado})=\frac{4}{24}=\frac{1}{6} \]
d) El árbol ayuda porque separa el experimento en etapas y permite ver que cada camino completo representa un resultado posible.
Para continuar
En la próxima página se distinguirá entre conteo con repetición y conteo sin repetición, una diferencia fundamental para calcular correctamente la cantidad de resultados posibles.
4. Conteo con repetición y sin repetición
Objetivos de la página
- Distinguir situaciones de conteo con repetición y sin repetición.
- Aplicar el principio multiplicativo considerando si las opciones se pueden repetir o no.
- Calcular la cantidad de resultados posibles en códigos, selecciones y ordenamientos simples.
- Usar el conteo con y sin repetición para calcular probabilidades.
¿Qué significa que haya repetición?
En algunos experimentos o elecciones, una opción puede volver a usarse. En ese caso, hablamos de conteo con repetición.
Por ejemplo, en una clave de tres dígitos como \(255\), el dígito \(5\) se repite.
En otros casos, una opción usada ya no puede volver a usarse. En ese caso, hablamos de conteo sin repetición.
Por ejemplo, si se eligen tres estudiantes distintos para tres cargos, una misma persona no puede ocupar dos cargos al mismo tiempo.
Conteo con repetición
Si en cada etapa se puede repetir una opción, la cantidad de opciones no disminuye.
Por ejemplo, si se forma una clave de \(3\) dígitos usando los dígitos del \(0\) al \(9\), y se permite repetir, entonces:
\[ 10\cdot 10\cdot 10=10^3=1000 \]
Hay \(1000\) claves posibles.
Conteo sin repetición
Si no se puede repetir una opción, la cantidad disponible disminuye en cada etapa.
Por ejemplo, si se forma una clave de \(3\) dígitos usando los dígitos del \(0\) al \(9\), sin repetir dígitos, entonces:
\[ 10\cdot 9\cdot 8=720 \]
Hay \(720\) claves posibles.
Ejemplo 1: clave con repetición
Una clave se forma con \(3\) dígitos. Cada dígito puede ser cualquiera entre \(0\) y \(9\), y se permite repetir dígitos.
Como hay \(10\) opciones en cada posición:
\[ 10\cdot 10\cdot 10=1000 \]
Hay \(1000\) claves posibles.
Si todas las claves son igualmente probables, calculemos la probabilidad de que la clave comience con \(5\).
Casos favorables:
\[ 1\cdot 10\cdot 10=100 \]
Casos posibles:
\[ 1000 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }5)=\frac{100}{1000}=\frac{1}{10} \]
Ejemplo 2: clave sin repetición
Una clave se forma con \(3\) dígitos distintos. Cada dígito puede ser cualquiera entre \(0\) y \(9\), pero no se permite repetir.
Para la primera posición hay \(10\) opciones.
Para la segunda posición quedan \(9\) opciones.
Para la tercera posición quedan \(8\) opciones.
Entonces:
\[ 10\cdot 9\cdot 8=720 \]
Hay \(720\) claves posibles.
Si la clave comienza con \(5\), la primera posición queda fija. Luego quedan \(9\) opciones para la segunda posición y \(8\) para la tercera:
\[ 1\cdot 9\cdot 8=72 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{comienza con }5)=\frac{72}{720}=\frac{1}{10} \]
Ejemplo 3: cargos distintos en un curso
En un curso se elige una presidencia y una secretaría entre \(6\) estudiantes.
Una misma persona no puede ocupar ambos cargos.
Además, los cargos son distintos: no es lo mismo que Ana sea presidenta y Bruno secretario, a que Bruno sea presidente y Ana secretaria.
Para elegir la presidencia hay \(6\) opciones.
Después de elegir la presidencia, quedan \(5\) opciones para la secretaría.
Entonces:
\[ 6\cdot 5=30 \]
Hay \(30\) formas posibles de asignar los dos cargos.
Si queremos calcular la probabilidad de que Ana sea presidenta, Ana queda fija en la presidencia y la secretaría puede ser ocupada por cualquiera de los otros \(5\) estudiantes:
\[ 1\cdot 5=5 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{Ana presidenta})=\frac{5}{30}=\frac{1}{6} \]
Error frecuente
No se debe usar siempre la misma cantidad de opciones en todas las etapas.
Si se permite repetir, la cantidad de opciones se mantiene. Si no se permite repetir, la cantidad de opciones disminuye.
Por ejemplo:
\[ \text{Con repetición: }10\cdot 10\cdot 10 \]
\[ \text{Sin repetición: }10\cdot 9\cdot 8 \]
Pregunta clave
Antes de contar, pregunta:
¿Una opción usada puede volver a usarse?
Si la respuesta es sí, el conteo es con repetición. Si la respuesta es no, el conteo es sin repetición.
Ejercicio 1
Clasifica cada situación como conteo con repetición o sin repetición.
a) Formar una clave de \(4\) dígitos, permitiendo repetir dígitos.
b) Elegir presidente y secretario de un curso, sin que una persona ocupe ambos cargos.
c) Lanzar un dado tres veces.
d) Elegir tres estudiantes distintos para representar al curso.
a) Es conteo con repetición, porque un dígito puede aparecer más de una vez.
b) Es conteo sin repetición, porque una misma persona no puede ocupar ambos cargos.
c) Es conteo con repetición, porque en cada lanzamiento puede volver a salir el mismo número.
d) Es conteo sin repetición, porque deben ser tres estudiantes distintos.
Ejercicio 2
Una clave se forma con dos letras. Cada letra puede ser \(A\), \(B\), \(C\) o \(D\), y se permite repetir letras.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que la primera letra sea \(A\).
c) Calcula la probabilidad de que ambas letras sean iguales.
a) Como se permite repetir, hay \(4\) opciones para la primera letra y \(4\) para la segunda:
\[ 4\cdot 4=16 \]
Hay \(16\) claves posibles.
b) Si la primera letra es \(A\), la primera posición queda fija y la segunda tiene \(4\) opciones:
\[ 1\cdot 4=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{primera letra }A)=\frac{4}{16}=\frac{1}{4} \]
c) Ambas letras iguales puede ocurrir como:
\[ AA,\quad BB,\quad CC,\quad DD \]
Hay \(4\) casos favorables de \(16\) posibles:
\[ P(\text{ambas iguales})=\frac{4}{16}=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con dos letras distintas. Cada letra puede ser \(A\), \(B\), \(C\) o \(D\), y no se permite repetir letras.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que la primera letra sea \(A\).
c) Calcula la probabilidad de que la clave contenga la letra \(A\).
a) Para la primera letra hay \(4\) opciones. Como no se permite repetir, para la segunda quedan \(3\):
\[ 4\cdot 3=12 \]
Hay \(12\) claves posibles.
b) Si la primera letra es \(A\), la primera posición queda fija y para la segunda quedan \(3\) opciones:
\[ 1\cdot 3=3 \]
Entonces:
\[ P(\text{primera letra }A)=\frac{3}{12}=\frac{1}{4} \]
c) La letra \(A\) puede estar en la primera o en la segunda posición.
Si \(A\) está primero, hay \(3\) opciones para la segunda letra.
Si \(A\) está segundo, hay \(3\) opciones para la primera letra.
Casos favorables:
\[ 3+3=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{contiene }A)=\frac{6}{12}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 4
Se forma un código de tres dígitos usando los dígitos \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\). Se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántos códigos posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que el código comience con \(2\).
c) Calcula la probabilidad de que todos sus dígitos sean pares.
a) Hay \(6\) opciones para cada posición:
\[ 6\cdot 6\cdot 6=216 \]
Hay \(216\) códigos posibles.
b) Si el código comienza con \(2\), la primera posición queda fija. Las otras dos posiciones tienen \(6\) opciones cada una:
\[ 1\cdot 6\cdot 6=36 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }2)=\frac{36}{216}=\frac{1}{6} \]
c) Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\) y \(4\), es decir, \(3\) opciones. Como se permite repetir:
\[ 3\cdot 3\cdot 3=27 \]
Entonces:
\[ P(\text{todos pares})=\frac{27}{216}=\frac{1}{8} \]
Ejercicio 5
Se forma un código de tres dígitos usando los dígitos \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\). No se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántos códigos posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que el código comience con \(2\).
c) Calcula la probabilidad de que todos sus dígitos sean pares.
a) Para la primera posición hay \(6\) opciones, luego quedan \(5\), y después \(4\):
\[ 6\cdot 5\cdot 4=120 \]
Hay \(120\) códigos posibles.
b) Si el código comienza con \(2\), la primera posición queda fija. Luego quedan \(5\) opciones para la segunda posición y \(4\) para la tercera:
\[ 1\cdot 5\cdot 4=20 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }2)=\frac{20}{120}=\frac{1}{6} \]
c) Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\) y \(4\), es decir, \(3\) opciones. Como no se permite repetir y se necesitan tres dígitos:
\[ 3\cdot 2\cdot 1=6 \]
Entonces:
\[ P(\text{todos pares})=\frac{6}{120}=\frac{1}{20} \]
Ejercicio 6
En un curso se elige una presidencia y una vicepresidencia entre \(8\) estudiantes. Una misma persona no puede ocupar ambos cargos.
a) ¿Cuántas formas posibles hay de asignar los cargos?
b) Si Camila pertenece al curso, calcula la probabilidad de que Camila sea presidenta.
c) Calcula la probabilidad de que Camila ocupe alguno de los dos cargos.
a) Para la presidencia hay \(8\) opciones. Luego quedan \(7\) opciones para la vicepresidencia:
\[ 8\cdot 7=56 \]
Hay \(56\) formas posibles.
b) Si Camila es presidenta, la presidencia queda fija. Para la vicepresidencia quedan \(7\) opciones:
\[ 1\cdot 7=7 \]
Entonces:
\[ P(\text{Camila presidenta})=\frac{7}{56}=\frac{1}{8} \]
c) Camila puede ser presidenta o vicepresidenta.
Si Camila es presidenta: \(7\) casos.
Si Camila es vicepresidenta: \(7\) casos.
Casos favorables:
\[ 7+7=14 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{Camila ocupa un cargo})=\frac{14}{56}=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 7
Una caja tiene tres tarjetas: roja, azul y verde. Se extrae una tarjeta, se observa su color y luego se devuelve a la caja. Después se extrae una segunda tarjeta.
a) ¿El conteo es con repetición o sin repetición?
b) ¿Cuántos resultados posibles hay?
c) Calcula la probabilidad de obtener dos tarjetas del mismo color.
a) Es con repetición, porque la tarjeta se devuelve a la caja y puede volver a salir el mismo color.
b) Hay \(3\) opciones en la primera extracción y \(3\) en la segunda:
\[ 3\cdot 3=9 \]
Hay \(9\) resultados posibles.
c) Obtener dos tarjetas del mismo color puede ocurrir como:
\[ (\text{roja},\text{roja}),\quad (\text{azul},\text{azul}),\quad (\text{verde},\text{verde}) \]
Hay \(3\) casos favorables de \(9\) posibles:
\[ P(\text{mismo color})=\frac{3}{9}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 8
Una caja tiene tres tarjetas: roja, azul y verde. Se extrae una tarjeta y no se devuelve. Luego se extrae una segunda tarjeta.
a) ¿El conteo es con repetición o sin repetición?
b) ¿Cuántos resultados posibles hay?
c) Calcula la probabilidad de obtener dos tarjetas del mismo color.
a) Es sin repetición, porque la primera tarjeta no se devuelve a la caja.
b) Hay \(3\) opciones en la primera extracción. Luego quedan \(2\) opciones para la segunda:
\[ 3\cdot 2=6 \]
Hay \(6\) resultados posibles.
c) No se puede obtener dos veces el mismo color, porque la tarjeta extraída no se devuelve y solo hay una tarjeta de cada color.
Por lo tanto:
\[ P(\text{mismo color})=0 \]
Ejercicio 9
Se ordenan \(3\) libros distintos en una repisa, escogidos entre \(5\) libros disponibles.
a) ¿El conteo es con repetición o sin repetición?
b) ¿Cuántas formas distintas hay de elegir y ordenar los \(3\) libros?
c) Si uno de los libros es de matemática, calcula la probabilidad de que quede en la primera posición.
a) Es sin repetición, porque un mismo libro no puede ocupar más de una posición.
b) Para la primera posición hay \(5\) opciones. Luego quedan \(4\) para la segunda y \(3\) para la tercera:
\[ 5\cdot 4\cdot 3=60 \]
Hay \(60\) formas distintas.
c) Si el libro de matemática queda en la primera posición, esa posición queda fija. Luego quedan \(4\) opciones para la segunda posición y \(3\) para la tercera:
\[ 1\cdot 4\cdot 3=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática primero})=\frac{12}{60}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 10
Una contraseña se forma con dos letras seguidas de dos dígitos.
Las letras pueden ser \(A\), \(B\) o \(C\), y los dígitos pueden ser \(0\), \(1\) o \(2\). Se permite repetir letras y dígitos.
a) ¿Cuántas contraseñas posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que las dos letras sean iguales.
c) Calcula la probabilidad de que el último dígito sea \(0\).
a) Hay \(3\) opciones para cada letra y \(3\) opciones para cada dígito:
\[ 3\cdot 3\cdot 3\cdot 3=81 \]
Hay \(81\) contraseñas posibles.
b) Para que las dos letras sean iguales, hay \(3\) posibilidades: \(AA\), \(BB\) o \(CC\). Los dígitos pueden ser cualesquiera:
\[ 3\cdot 3\cdot 3=27 \]
Entonces:
\[ P(\text{letras iguales})=\frac{27}{81}=\frac{1}{3} \]
c) Si el último dígito es \(0\), queda fijo. Las dos letras y el primer dígito tienen \(3\) opciones cada uno:
\[ 3\cdot 3\cdot 3\cdot 1=27 \]
Entonces:
\[ P(\text{último dígito }0)=\frac{27}{81}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 11
Una contraseña se forma con dos letras distintas seguidas de dos dígitos distintos.
Las letras pueden ser \(A\), \(B\) o \(C\), y los dígitos pueden ser \(0\), \(1\) o \(2\). No se permite repetir letras ni dígitos.
a) ¿Cuántas contraseñas posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que la primera letra sea \(A\).
c) Calcula la probabilidad de que la contraseña termine en \(0\).
a) Para las letras hay \(3\) opciones en la primera posición y \(2\) en la segunda. Para los dígitos hay \(3\) opciones en la primera posición y \(2\) en la segunda:
\[ 3\cdot 2\cdot 3\cdot 2=36 \]
Hay \(36\) contraseñas posibles.
b) Si la primera letra es \(A\), la primera posición queda fija. Para la segunda letra quedan \(2\) opciones. Para los dígitos hay \(3\) y luego \(2\) opciones:
\[ 1\cdot 2\cdot 3\cdot 2=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{primera letra }A)=\frac{12}{36}=\frac{1}{3} \]
c) Si la contraseña termina en \(0\), el último dígito queda fijo. El primer dígito no puede ser \(0\), por lo que tiene \(2\) opciones. Las letras tienen \(3\) y \(2\) opciones:
\[ 3\cdot 2\cdot 2\cdot 1=12 \]
Entonces:
\[ P(\text{termina en }0)=\frac{12}{36}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 12
Un estudiante debe contar claves de \(3\) dígitos usando los dígitos del \(0\) al \(9\), sin repetir dígitos.
El estudiante calcula:
\[ 10\cdot 10\cdot 10=1000 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Calcula correctamente la cantidad de claves posibles.
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con \(7\).
a) El error es contar como si se permitiera repetir dígitos. Pero el enunciado dice que no se pueden repetir.
b) Para la primera posición hay \(10\) opciones. Luego quedan \(9\), y después \(8\):
\[ 10\cdot 9\cdot 8=720 \]
Hay \(720\) claves posibles.
c) Si la clave comienza con \(7\), la primera posición queda fija. Para la segunda posición quedan \(9\) opciones y para la tercera \(8\):
\[ 1\cdot 9\cdot 8=72 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }7)=\frac{72}{720}=\frac{1}{10} \]
Para continuar
En la próxima página se estudiarán las permutaciones simples, que permiten contar ordenamientos sin repetición de manera más eficiente.
5. Permutaciones simples
Objetivos de la página
- Reconocer situaciones donde se ordenan elementos distintos sin repetición.
- Comprender el significado de una permutación simple.
- Calcular permutaciones simples usando factorial.
- Usar permutaciones simples para calcular probabilidades en situaciones equiprobables.
¿Qué es una permutación simple?
Una permutación simple es un ordenamiento de elementos distintos, usando todos los elementos y sin repetir ninguno.
Por ejemplo, si se ordenan los estudiantes Ana, Bruno y Carla en una fila, algunos ordenamientos posibles son:
\[ (\text{Ana},\text{Bruno},\text{Carla}) \]
\[ (\text{Bruno},\text{Ana},\text{Carla}) \]
Estos ordenamientos son distintos porque el orden cambia.
Factorial de un número
Para calcular permutaciones simples se usa el factorial.
El factorial de un número natural \(n\) se escribe \(n!\) y se define como:
\[ n!=n\cdot(n-1)\cdot(n-2)\cdots 3\cdot 2\cdot 1 \]
Por ejemplo:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Permutaciones simples de \(n\) elementos
Si se ordenan \(n\) elementos distintos, usando todos los elementos y sin repetir, la cantidad de ordenamientos posibles es:
\[ P_n=n! \]
Esto coincide con el principio multiplicativo: para el primer lugar hay \(n\) opciones, para el segundo quedan \(n-1\), para el tercero quedan \(n-2\), y así sucesivamente.
Ejemplo 1: ordenar libros distintos
Se quieren ordenar \(4\) libros distintos en una repisa.
Como se usan los \(4\) libros y no se repite ninguno, corresponde calcular una permutación simple:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Por lo tanto, los \(4\) libros pueden ordenarse de \(24\) formas distintas.
Ejemplo 2: ordenar letras distintas
¿Cuántos ordenamientos distintos se pueden formar con las letras de la palabra \(MESA\)?
Las letras \(M\), \(E\), \(S\) y \(A\) son distintas.
Entonces se deben ordenar \(4\) elementos distintos:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Por lo tanto, se pueden formar \(24\) ordenamientos distintos.
Ejemplo 3: probabilidad usando permutaciones
Se ordenan al azar \(5\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de matemática.
Queremos calcular la probabilidad de que el libro de matemática quede en la primera posición.
Total de ordenamientos posibles:
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Casos favorables: el libro de matemática queda fijo en la primera posición, y los otros \(4\) libros se pueden ordenar en las posiciones restantes:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{matemática primero})=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Error frecuente
No toda situación de conteo es una permutación simple.
Para que sea una permutación simple deben cumplirse estas condiciones:
- los elementos son distintos;
- se usan todos los elementos;
- no se repite ningún elemento;
- el orden importa.
Idea clave
Cuando se ordenan todos los elementos distintos de un conjunto, se usa factorial.
Por ejemplo, ordenar \(6\) objetos distintos se calcula como:
\[ 6!=720 \]
Ejercicio 1
Calcula:
a) \(3!\)
b) \(4!\)
c) \(5!\)
a)
\[ 3!=3\cdot 2\cdot 1=6 \]
b)
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
c)
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Ejercicio 2
Se ordenan \(3\) libros distintos en una repisa.
¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
Como se ordenan \(3\) libros distintos y se usan todos, corresponde calcular:
\[ 3!=3\cdot 2\cdot 1=6 \]
Hay \(6\) ordenamientos posibles.
Ejercicio 3
Cuatro estudiantes distintos se forman en una fila.
¿De cuántas maneras distintas pueden ordenarse?
Se deben ordenar \(4\) estudiantes distintos, usando a todos y sin repetir.
Entonces:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Pueden ordenarse de \(24\) maneras distintas.
Ejercicio 4
¿Cuántos ordenamientos distintos se pueden formar con las letras de la palabra \(SOL\)?
Las letras \(S\), \(O\) y \(L\) son distintas.
Por lo tanto, se ordenan \(3\) elementos distintos:
\[ 3!=3\cdot 2\cdot 1=6 \]
Se pueden formar \(6\) ordenamientos distintos.
Ejercicio 5
¿Cuántos ordenamientos distintos se pueden formar con las letras de la palabra \(ROMA\)?
Las letras \(R\), \(O\), \(M\) y \(A\) son distintas.
Entonces:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Se pueden formar \(24\) ordenamientos distintos.
Ejercicio 6
Se ordenan \(5\) fotografías distintas en una fila.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) Si una fotografía es de un paisaje, ¿cuál es la probabilidad de que quede en la primera posición?
a) Se ordenan \(5\) fotografías distintas:
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Hay \(120\) ordenamientos posibles.
b) Si la fotografía de paisaje queda fija en la primera posición, las otras \(4\) fotografías se ordenan en las posiciones restantes:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{paisaje primero})=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 7
Cinco estudiantes distintos se ordenan en una fila.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) Si uno de ellos es Ana, ¿cuál es la probabilidad de que Ana quede en la última posición?
a) Se ordenan \(5\) estudiantes distintos:
\[ 5!=120 \]
Hay \(120\) ordenamientos posibles.
b) Si Ana queda fija en la última posición, los otros \(4\) estudiantes pueden ordenarse en las otras posiciones:
\[ 4!=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{Ana última})=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 8
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) Si uno de los libros es de matemática, ¿cuál es la probabilidad de que quede en la primera posición?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el libro de matemática quede en la última posición?
a) Se ordenan \(6\) libros distintos:
\[ 6!=6\cdot 5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=720 \]
Hay \(720\) ordenamientos posibles.
b) Si el libro de matemática queda primero, los otros \(5\) libros se ordenan libremente:
\[ 5!=120 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática primero})=\frac{120}{720}=\frac{1}{6} \]
c) Si el libro de matemática queda último, los otros \(5\) libros se ordenan libremente:
\[ 5!=120 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática último})=\frac{120}{720}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 9
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Uno de ellos es Bruno.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que Bruno quede primero o último.
a) Se ordenan \(5\) estudiantes distintos:
\[ 5!=120 \]
b) Bruno puede quedar primero o último.
Si Bruno queda primero, los otros \(4\) estudiantes se ordenan así:
\[ 4!=24 \]
Si Bruno queda último, los otros \(4\) estudiantes se ordenan así:
\[ 4!=24 \]
Casos favorables:
\[ 24+24=48 \]
Entonces:
\[ P(\text{Bruno primero o último})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 10
Se ordenan las letras distintas \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\).
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuál es la probabilidad de que el ordenamiento comience con \(A\)?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que termine con \(E\)?
a) Se ordenan \(5\) letras distintas:
\[ 5!=120 \]
b) Si comienza con \(A\), las otras \(4\) letras se ordenan en los lugares restantes:
\[ 4!=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
c) Si termina con \(E\), las otras \(4\) letras se ordenan en los lugares restantes:
\[ 4!=24 \]
Entonces:
\[ P(\text{termina con }E)=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 11
Se ordenan \(4\) estudiantes distintos en una fila: Ana, Bruno, Carla y Diego.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) Calcula la probabilidad de que Ana quede antes que Bruno.
a) Se ordenan \(4\) estudiantes distintos:
\[ 4!=24 \]
b) En cualquier ordenamiento donde aparecen Ana y Bruno, hay dos posibilidades respecto de ellos:
- Ana antes que Bruno;
- Bruno antes que Ana.
Como no hay ninguna condición que favorezca a uno sobre el otro, la mitad de los ordenamientos tiene a Ana antes que Bruno.
Entonces:
\[ P(\text{Ana antes que Bruno})=\frac{1}{2} \]
También se puede calcular con casos:
\[ \frac{12}{24}=\frac{1}{2} \]
Ejercicio 12
Un estudiante dice:
“Para ordenar \(5\) objetos distintos, se calcula \(5\cdot 5\cdot 5\cdot 5\cdot 5\), porque en cada posición hay \(5\) opciones”.
¿Cuál es el error? Corrige el cálculo.
El error es contar como si se pudieran repetir objetos.
Al ordenar \(5\) objetos distintos, una vez que un objeto se usa en una posición, ya no puede usarse nuevamente.
Por eso, las opciones disminuyen:
\[ 5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1 \]
Entonces:
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Por lo tanto, hay \(120\) ordenamientos posibles, no \(3125\).
Para continuar
En la próxima página se estudiarán permutaciones con restricciones, donde algunos elementos deben ocupar posiciones específicas o cumplir ciertas condiciones.
6. Permutaciones con restricciones
Objetivos de la página
- Reconocer restricciones en problemas de ordenamiento.
- Calcular permutaciones cuando algunos elementos deben ocupar posiciones específicas.
- Aplicar estrategias como fijar elementos, formar bloques o usar el complemento.
- Calcular probabilidades usando permutaciones con restricciones.
¿Qué es una restricción?
Una restricción es una condición que limita los ordenamientos posibles.
Por ejemplo, al ordenar \(5\) estudiantes en una fila, algunas restricciones pueden ser:
- Ana debe quedar primera.
- Bruno no puede quedar último.
- Carla y Diego deben quedar juntos.
- Un libro de matemática debe quedar en uno de los extremos.
Estas condiciones reducen la cantidad de ordenamientos posibles.
Estrategias para contar con restricciones
Según la restricción, se puede usar una de estas estrategias:
- Fijar posiciones: si un elemento debe quedar en una posición específica, se fija ahí y se ordenan los demás.
- Formar bloques: si dos o más elementos deben quedar juntos, se tratan como un solo bloque.
- Usar el complemento: si una condición es difícil de contar directamente, se puede restar desde el total.
Ejemplo 1: un elemento fijo
Se ordenan \(5\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de matemática y debe quedar en la primera posición.
Como el libro de matemática queda fijo, solo se deben ordenar los otros \(4\) libros:
\[ 4!=4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=24 \]
Por lo tanto, hay \(24\) ordenamientos posibles con el libro de matemática en la primera posición.
Si todos los ordenamientos de los \(5\) libros son igualmente probables, la probabilidad de que matemática quede primero es:
\[ P(\text{matemática primero})=\frac{4!}{5!}=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Ejemplo 2: dos elementos juntos
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Ana y Bruno deben quedar juntos.
Tratamos a Ana y Bruno como un bloque:
\[ (\text{Ana-Bruno}) \]
Entonces se deben ordenar \(4\) objetos: el bloque y los otros \(3\) estudiantes.
\[ 4!=24 \]
Pero dentro del bloque Ana y Bruno pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ (\text{Ana},\text{Bruno})\quad \text{o}\quad (\text{Bruno},\text{Ana}) \]
Por lo tanto:
\[ 4!\cdot 2=24\cdot 2=48 \]
Hay \(48\) ordenamientos donde Ana y Bruno quedan juntos.
Ejemplo 3: usar el complemento
Se ordenan \(5\) libros distintos. Uno de ellos es de matemática. Queremos contar los ordenamientos donde el libro de matemática no queda primero.
Primero contamos todos los ordenamientos posibles:
\[ 5!=120 \]
Luego contamos los ordenamientos donde matemática sí queda primero:
\[ 4!=24 \]
Entonces, los ordenamientos donde matemática no queda primero son:
\[ 120-24=96 \]
Error frecuente
Cuando dos elementos deben quedar juntos, no basta con fijarlos como un bloque. También hay que considerar el orden interno del bloque, salvo que el enunciado indique un orden específico.
Por ejemplo, si Ana y Bruno deben quedar juntos, pueden aparecer como Ana-Bruno o Bruno-Ana.
Idea clave
Antes de calcular, identifica qué restringe el problema:
- ¿Hay elementos fijos?
- ¿Hay elementos que deben quedar juntos?
- ¿Hay elementos que no pueden ocupar cierta posición?
- ¿Conviene contar directamente o usar el complemento?
Ejercicio 1
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Clasifica cada restricción según la estrategia más adecuada: fijar posición, formar bloque o usar complemento.
a) Ana debe quedar primera.
b) Bruno y Carla deben quedar juntos.
c) Diego no puede quedar último.
a) Corresponde fijar posición, porque Ana debe ocupar un lugar específico: la primera posición.
b) Corresponde formar bloque, porque Bruno y Carla deben quedar juntos.
c) Conviene usar complemento: contar todos los ordenamientos y restar aquellos donde Diego queda último.
Ejercicio 2
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de matemática.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay si el libro de matemática debe quedar primero?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el libro de matemática quede primero?
a) Se ordenan \(6\) libros distintos:
\[ 6!=720 \]
b) Si matemática queda primero, esa posición queda fija. Los otros \(5\) libros se ordenan libremente:
\[ 5!=120 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{matemática primero})=\frac{120}{720}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 3
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Uno de ellos es Diego.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay si Diego debe quedar último?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que Diego quede último?
a) El total de ordenamientos es:
\[ 5!=120 \]
b) Si Diego queda último, se fija esa posición. Los otros \(4\) estudiantes se ordenan en los lugares restantes:
\[ 4!=24 \]
c)
\[ P(\text{Diego último})=\frac{24}{120}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 4
Se ordenan las letras distintas \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\).
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos comienzan con \(A\) y terminan con \(E\)?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que un ordenamiento comience con \(A\) y termine con \(E\)?
a) Como hay \(5\) letras distintas:
\[ 5!=120 \]
b) Si el ordenamiento comienza con \(A\) y termina con \(E\), esas dos posiciones quedan fijas.
Quedan \(3\) letras para ordenar en los espacios centrales:
\[ 3!=6 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con }A\text{ y termina con }E)=\frac{6}{120}=\frac{1}{20} \]
Ejercicio 5
Se ordenan \(6\) fotografías distintas en una fila. Una fotografía es de un paisaje.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay donde la fotografía de paisaje queda primera?
c) ¿Cuántos ordenamientos hay donde la fotografía de paisaje no queda primera?
d) ¿Cuál es la probabilidad de que la fotografía de paisaje no quede primera?
a) El total es:
\[ 6!=720 \]
b) Si la fotografía de paisaje queda primera, las otras \(5\) se ordenan libremente:
\[ 5!=120 \]
c) Usamos complemento:
\[ 720-120=600 \]
Hay \(600\) ordenamientos donde la fotografía de paisaje no queda primera.
d)
\[ P(\text{paisaje no primero})=\frac{600}{720}=\frac{5}{6} \]
Ejercicio 6
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Ana y Bruno deben quedar juntos.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos cumplen que Ana y Bruno quedan juntos?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que Ana y Bruno queden juntos?
a) El total de ordenamientos es:
\[ 5!=120 \]
b) Tratamos a Ana y Bruno como un bloque. Entonces se ordenan \(4\) objetos: el bloque y los otros \(3\) estudiantes.
\[ 4!=24 \]
Dentro del bloque, Ana y Bruno pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ (\text{Ana},\text{Bruno})\quad \text{o}\quad (\text{Bruno},\text{Ana}) \]
Por lo tanto:
\[ 4!\cdot 2=24\cdot 2=48 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno juntos})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 7
Se ordenan \(6\) estudiantes distintos en una fila. Ana y Bruno deben quedar juntos, pero Ana debe quedar antes que Bruno.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos cumplen la condición?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que Ana y Bruno queden juntos y Ana quede antes que Bruno?
a) El total de ordenamientos es:
\[ 6!=720 \]
b) Como Ana y Bruno deben quedar juntos, se tratan como un bloque.
Ahora se ordenan \(5\) objetos: el bloque y los otros \(4\) estudiantes:
\[ 5!=120 \]
Como el orden interno debe ser Ana-Bruno, no se multiplica por \(2\).
Hay \(120\) ordenamientos que cumplen la condición.
c)
\[ P(\text{Ana-Bruno juntos en ese orden})=\frac{120}{720}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 8
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Dos de ellos son de matemática y ciencias.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay si los libros de matemática y ciencias deben quedar en los extremos?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que esos dos libros queden en los extremos?
a) El total de ordenamientos es:
\[ 6!=720 \]
b) Los libros de matemática y ciencias pueden ocupar los dos extremos de \(2\) formas:
\[ \text{Matemática-Ciencias}\quad \text{o}\quad \text{Ciencias-Matemática} \]
Los otros \(4\) libros se ordenan en los espacios centrales:
\[ 4!=24 \]
Entonces:
\[ 2\cdot 4!=2\cdot 24=48 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{matemática y ciencias en extremos})=\frac{48}{720}=\frac{1}{15} \]
Ejercicio 9
Se ordenan \(5\) libros distintos en una repisa. Dos de ellos son de matemática y ciencias.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay si matemática y ciencias quedan juntos?
c) ¿Cuántos ordenamientos hay si matemática y ciencias no quedan juntos?
d) ¿Cuál es la probabilidad de que no queden juntos?
a) El total de ordenamientos es:
\[ 5!=120 \]
b) Si matemática y ciencias quedan juntos, se tratan como un bloque. Entonces se ordenan \(4\) objetos:
\[ 4!=24 \]
Dentro del bloque, los dos libros pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 4!=2\cdot 24=48 \]
c) Usamos complemento:
\[ 120-48=72 \]
Hay \(72\) ordenamientos donde matemática y ciencias no quedan juntos.
d)
\[ P(\text{no quedan juntos})=\frac{72}{120}=\frac{3}{5} \]
Ejercicio 10
Se ordenan \(6\) estudiantes distintos en una fila. Uno de ellos es Carla. Además, Ana debe quedar antes que Bruno.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos cumplen que Carla queda última y Ana queda antes que Bruno?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que Carla quede última y Ana quede antes que Bruno?
a) Se ordenan \(6\) estudiantes distintos:
\[ 6!=720 \]
b) Primero fijamos a Carla en la última posición. Quedan \(5\) estudiantes para ordenar:
\[ 5!=120 \]
De esos ordenamientos, en la mitad Ana queda antes que Bruno, y en la otra mitad Bruno queda antes que Ana.
Entonces:
\[ \frac{120}{2}=60 \]
Hay \(60\) ordenamientos que cumplen ambas condiciones.
c)
\[ P(\text{Carla última y Ana antes que Bruno})=\frac{60}{720}=\frac{1}{12} \]
Ejercicio 11
Se ordenan \(7\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de historia.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos hay si el libro de historia queda en uno de los extremos?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que el libro de historia quede en uno de los extremos?
a) El total es:
\[ 7!=5040 \]
b) El libro de historia puede quedar en el extremo izquierdo o en el extremo derecho: \(2\) opciones.
Los otros \(6\) libros se ordenan libremente:
\[ 6!=720 \]
Por lo tanto:
\[ 2\cdot 6!=2\cdot 720=1440 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{historia en un extremo})=\frac{1440}{5040}=\frac{2}{7} \]
Ejercicio 12
Un estudiante quiere contar los ordenamientos de \(5\) estudiantes distintos donde Ana y Bruno deben quedar juntos. Calcula:
\[ 4!=24 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Calcula correctamente la cantidad de ordenamientos.
c) Calcula la probabilidad de que Ana y Bruno queden juntos.
a) El estudiante trató a Ana y Bruno como un bloque, lo cual es correcto, pero olvidó considerar el orden interno del bloque.
Ana y Bruno pueden quedar como:
\[ (\text{Ana},\text{Bruno})\quad \text{o}\quad (\text{Bruno},\text{Ana}) \]
b) Se ordenan \(4\) objetos: el bloque y los otros \(3\) estudiantes.
\[ 4!=24 \]
Luego se multiplica por \(2\), porque el bloque puede ordenarse internamente de dos formas:
\[ 4!\cdot 2=24\cdot 2=48 \]
Hay \(48\) ordenamientos correctos.
c) El total de ordenamientos de \(5\) estudiantes es:
\[ 5!=120 \]
Entonces:
\[ P(\text{Ana y Bruno juntos})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Para continuar
En la próxima página se estudiarán las combinaciones simples, donde se seleccionan elementos y el orden no importa.
7. Combinaciones simples
Objetivos de la página
- Reconocer situaciones donde se seleccionan elementos sin importar el orden.
- Distinguir una combinación simple de una permutación.
- Calcular combinaciones simples usando factoriales.
- Usar combinaciones para calcular probabilidades en situaciones equiprobables.
¿Qué es una combinación simple?
Una combinación simple es una selección de elementos distintos donde el orden no importa y no se repiten elementos.
Por ejemplo, si se eligen \(2\) estudiantes entre Ana, Bruno y Carla para representar al curso, elegir Ana y Bruno es lo mismo que elegir Bruno y Ana.
En una combinación interesa quiénes fueron elegidos, no el orden en que aparecen.
Fórmula de combinaciones simples
La cantidad de formas de elegir \(k\) elementos entre \(n\) elementos distintos, sin repetir y sin importar el orden, se escribe:
\[ \binom{n}{k} \]
y se calcula con la fórmula:
\[ \binom{n}{k}=\frac{n!}{k!(n-k)!} \]
Pregunta clave
Antes de usar combinaciones, pregúntate:
¿Importa el orden?
Si el orden no importa y solo se seleccionan elementos, entonces corresponde usar combinaciones.
Ejemplo 1: elegir representantes
En un curso se eligen \(2\) representantes entre \(5\) estudiantes.
Como solo interesa quiénes son elegidos y no el orden, corresponde usar combinaciones:
\[ \binom{5}{2}=\frac{5!}{2!(5-2)!} \]
\[ \binom{5}{2}=\frac{5!}{2!3!} \]
Simplificamos:
\[ \binom{5}{2}=\frac{5\cdot 4\cdot 3!}{2\cdot 1\cdot 3!} \]
\[ \binom{5}{2}=\frac{5\cdot 4}{2}=10 \]
Por lo tanto, hay \(10\) formas de elegir \(2\) representantes entre \(5\) estudiantes.
Ejemplo 2: elegir libros
Una estudiante debe elegir \(3\) libros entre \(6\) disponibles.
Como no importa el orden en que los elige, usamos combinaciones:
\[ \binom{6}{3}=\frac{6!}{3!(6-3)!} \]
\[ \binom{6}{3}=\frac{6!}{3!3!} \]
\[ \binom{6}{3}=\frac{6\cdot 5\cdot 4\cdot 3!}{3\cdot 2\cdot 1\cdot 3!} \]
\[ \binom{6}{3}=\frac{6\cdot 5\cdot 4}{3\cdot 2\cdot 1}=20 \]
Hay \(20\) formas distintas de elegir \(3\) libros entre \(6\).
Ejemplo 3: probabilidad usando combinaciones
En una caja hay \(5\) tarjetas: \(2\) rojas y \(3\) azules. Se extraen \(2\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
Queremos calcular la probabilidad de que ambas tarjetas sean rojas.
Primero contamos los casos posibles:
\[ \binom{5}{2}=10 \]
Ahora contamos los casos favorables. Para obtener dos rojas, se deben elegir las \(2\) tarjetas rojas entre las \(2\) disponibles:
\[ \binom{2}{2}=1 \]
Entonces:
\[ P(\text{dos rojas})=\frac{\binom{2}{2}}{\binom{5}{2}}=\frac{1}{10} \]
Error frecuente
No se debe usar permutaciones cuando el orden no importa.
Por ejemplo, elegir Ana y Bruno como representantes es lo mismo que elegir Bruno y Ana. Por eso se cuenta una sola selección, no dos.
Ejercicio 1
Calcula las siguientes combinaciones:
a) \(\binom{4}{2}\)
b) \(\binom{5}{2}\)
c) \(\binom{6}{3}\)
a)
\[ \binom{4}{2}=\frac{4!}{2!(4-2)!}=\frac{4!}{2!2!} \]
\[ \binom{4}{2}=\frac{4\cdot 3\cdot 2!}{2\cdot 1\cdot 2!}=\frac{4\cdot 3}{2}=6 \]
b)
\[ \binom{5}{2}=\frac{5!}{2!3!} \]
\[ \binom{5}{2}=\frac{5\cdot 4\cdot 3!}{2\cdot 1\cdot 3!}=\frac{5\cdot 4}{2}=10 \]
c)
\[ \binom{6}{3}=\frac{6!}{3!3!} \]
\[ \binom{6}{3}=\frac{6\cdot 5\cdot 4\cdot 3!}{3\cdot 2\cdot 1\cdot 3!}=20 \]
Ejercicio 2
En un curso se deben elegir \(2\) estudiantes entre \(6\) para formar una comisión.
a) ¿Importa el orden de elección?
b) ¿Cuántas comisiones distintas se pueden formar?
a) No importa el orden. Si se elige a Ana y Bruno, es la misma comisión que elegir a Bruno y Ana.
b) Se deben elegir \(2\) estudiantes entre \(6\), sin importar el orden:
\[ \binom{6}{2}=\frac{6!}{2!4!} \]
\[ \binom{6}{2}=\frac{6\cdot 5\cdot 4!}{2\cdot 1\cdot 4!}=\frac{6\cdot 5}{2}=15 \]
Se pueden formar \(15\) comisiones distintas.
Ejercicio 3
Una biblioteca ofrece \(7\) libros distintos. Un estudiante debe elegir \(3\) para leer durante el mes.
¿Cuántas selecciones distintas puede hacer?
El estudiante elige \(3\) libros entre \(7\), sin importar el orden.
Por lo tanto, corresponde calcular:
\[ \binom{7}{3}=\frac{7!}{3!4!} \]
\[ \binom{7}{3}=\frac{7\cdot 6\cdot 5\cdot 4!}{3\cdot 2\cdot 1\cdot 4!} \]
\[ \binom{7}{3}=\frac{7\cdot 6\cdot 5}{6}=35 \]
Puede hacer \(35\) selecciones distintas.
Ejercicio 4
Un equipo deportivo debe seleccionar \(4\) titulares entre \(9\) jugadores disponibles.
a) ¿Corresponde usar permutaciones o combinaciones?
b) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
a) Corresponde usar combinaciones, porque solo importa qué jugadores son seleccionados, no el orden en que se nombran.
b) Se eligen \(4\) jugadores entre \(9\):
\[ \binom{9}{4}=\frac{9!}{4!5!} \]
\[ \binom{9}{4}=\frac{9\cdot 8\cdot 7\cdot 6\cdot 5!}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1\cdot 5!} \]
\[ \binom{9}{4}=\frac{9\cdot 8\cdot 7\cdot 6}{24}=126 \]
Hay \(126\) selecciones posibles.
Ejercicio 5
En una caja hay \(8\) tarjetas distintas. Se extraen \(2\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas parejas de tarjetas se pueden obtener?
b) Si una tarjeta especial está en la caja, ¿cuántas parejas contienen esa tarjeta?
c) Calcula la probabilidad de que la pareja contenga la tarjeta especial.
a) Se eligen \(2\) tarjetas entre \(8\):
\[ \binom{8}{2}=\frac{8\cdot 7}{2}=28 \]
Hay \(28\) parejas posibles.
b) Si la tarjeta especial debe estar en la pareja, falta elegir \(1\) tarjeta entre las otras \(7\):
\[ \binom{7}{1}=7 \]
Hay \(7\) parejas que contienen la tarjeta especial.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{contiene tarjeta especial})=\frac{7}{28}=\frac{1}{4} \]
Ejercicio 6
En un grupo hay \(5\) mujeres y \(4\) hombres. Se eligen \(3\) personas al azar para una actividad.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay en total?
b) ¿Cuántas selecciones están formadas solo por mujeres?
c) Calcula la probabilidad de elegir solo mujeres.
En total hay:
\[ 5+4=9 \]
personas.
a) Se eligen \(3\) personas entre \(9\):
\[ \binom{9}{3}=\frac{9\cdot 8\cdot 7}{3\cdot 2\cdot 1}=84 \]
b) Para elegir solo mujeres, se eligen \(3\) mujeres entre \(5\):
\[ \binom{5}{3}=\frac{5\cdot 4\cdot 3}{3\cdot 2\cdot 1}=10 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{solo mujeres})=\frac{10}{84}=\frac{5}{42} \]
Ejercicio 7
En un grupo hay \(6\) estudiantes de primero medio y \(5\) estudiantes de segundo medio. Se eligen \(4\) estudiantes al azar.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay en total?
b) ¿Cuántas selecciones tienen exactamente \(2\) estudiantes de primero medio y \(2\) de segundo medio?
c) Calcula la probabilidad de seleccionar exactamente \(2\) de cada nivel.
En total hay:
\[ 6+5=11 \]
estudiantes.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(11\):
\[ \binom{11}{4}=\frac{11\cdot 10\cdot 9\cdot 8}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=330 \]
b) Se eligen \(2\) estudiantes de primero medio entre \(6\):
\[ \binom{6}{2}=15 \]
Se eligen \(2\) estudiantes de segundo medio entre \(5\):
\[ \binom{5}{2}=10 \]
Como ambas elecciones ocurren juntas, multiplicamos:
\[ 15\cdot 10=150 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ y }2)=\frac{150}{330}=\frac{5}{11} \]
Ejercicio 8
En una urna hay \(4\) bolitas rojas y \(6\) bolitas azules. Se extraen \(3\) bolitas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones posibles hay en total?
b) ¿Cuántas extracciones tienen exactamente \(2\) rojas y \(1\) azul?
c) Calcula la probabilidad de obtener exactamente \(2\) rojas y \(1\) azul.
En total hay:
\[ 4+6=10 \]
bolitas.
a) Se extraen \(3\) bolitas entre \(10\):
\[ \binom{10}{3}=\frac{10\cdot 9\cdot 8}{3\cdot 2\cdot 1}=120 \]
b) Elegimos \(2\) rojas entre \(4\):
\[ \binom{4}{2}=6 \]
Elegimos \(1\) azul entre \(6\):
\[ \binom{6}{1}=6 \]
Casos favorables:
\[ 6\cdot 6=36 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ rojas y }1\text{ azul})=\frac{36}{120}=\frac{3}{10} \]
Ejercicio 9
En una caja hay \(5\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(5\). Se eligen \(2\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen suma \(6\)?
c) Calcula la probabilidad de que la suma sea \(6\).
a) Se eligen \(2\) tarjetas entre \(5\):
\[ \binom{5}{2}=10 \]
b) Buscamos parejas de números distintos entre \(1\) y \(5\) que sumen \(6\):
\[ 1+5=6 \]
\[ 2+4=6 \]
La pareja \(3+3\) no sirve, porque solo hay una tarjeta con el número \(3\) y no se repite.
Hay \(2\) selecciones favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{suma }6)=\frac{2}{10}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 10
De un grupo de \(10\) estudiantes se elegirá una comisión de \(3\) personas. En el grupo está Martina.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) ¿Cuántas comisiones incluyen a Martina?
c) Calcula la probabilidad de que Martina sea parte de la comisión.
a) Se eligen \(3\) estudiantes entre \(10\):
\[ \binom{10}{3}=\frac{10\cdot 9\cdot 8}{3\cdot 2\cdot 1}=120 \]
b) Si Martina debe estar en la comisión, queda fija una persona. Faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(9\):
\[ \binom{9}{2}=\frac{9\cdot 8}{2}=36 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Martina pertenece a la comisión})=\frac{36}{120}=\frac{3}{10} \]
Ejercicio 11
En un taller hay \(4\) cupos disponibles y \(12\) estudiantes interesados.
a) ¿Cuántos grupos de \(4\) estudiantes pueden formarse?
b) Si dos estudiantes específicos, Ana y Bruno, quieren quedar juntos en el taller, ¿cuántos grupos los incluyen a ambos?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que ambos queden en el grupo si se elige al azar?
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(12\):
\[ \binom{12}{4}=\frac{12\cdot 11\cdot 10\cdot 9}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=495 \]
b) Si Ana y Bruno deben estar en el grupo, ya hay \(2\) cupos ocupados. Faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(10\):
\[ \binom{10}{2}=\frac{10\cdot 9}{2}=45 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno en el grupo})=\frac{45}{495}=\frac{1}{11} \]
Ejercicio 12
Un estudiante debe contar las formas de elegir \(3\) estudiantes entre \(8\) para una comisión. Calcula:
\[ 8\cdot 7\cdot 6=336 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Calcula correctamente la cantidad de comisiones posibles.
c) Explica por qué se divide por \(3!\).
a) El estudiante usó un conteo ordenado, como si importara el orden en que se eligen los \(3\) estudiantes.
Pero en una comisión no importa el orden: elegir Ana, Bruno y Carla es la misma comisión que elegir Carla, Ana y Bruno.
b) Corresponde usar combinaciones:
\[ \binom{8}{3}=\frac{8!}{3!5!} \]
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6\cdot 5!}{3\cdot 2\cdot 1\cdot 5!} \]
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6}{6}=56 \]
Hay \(56\) comisiones posibles.
c) Se divide por \(3!\) porque cada grupo de \(3\) estudiantes fue contado varias veces en distintos órdenes.
Por ejemplo, un mismo grupo formado por Ana, Bruno y Carla puede ordenarse de:
\[ 3!=6 \]
formas distintas. Como esos \(6\) ordenamientos representan la misma comisión, se debe dividir por \(6\).
Para continuar
En la próxima página se distinguirá entre permutaciones y combinaciones, para decidir correctamente cuándo importa el orden y cuándo no.
8. Distinguir permutaciones y combinaciones
Objetivos de la página
- Distinguir situaciones donde el orden importa y donde no importa.
- Decidir cuándo usar permutaciones y cuándo usar combinaciones.
- Calcular cantidades de casos posibles según el tipo de conteo.
- Usar permutaciones y combinaciones para calcular probabilidades.
La pregunta central
Para decidir entre permutaciones y combinaciones, la pregunta más importante es:
\[ \text{¿Importa el orden?} \]
Si el orden importa, se usan permutaciones o conteos ordenados.
Si el orden no importa, se usan combinaciones.
Comparación
| Situación | ¿Importa el orden? | Tipo de conteo |
|---|---|---|
| Ordenar estudiantes en una fila | Sí | Permutación |
| Asignar presidencia y secretaría | Sí | Permutación o conteo ordenado |
| Elegir una comisión | No | Combinación |
| Elegir libros para leer | No | Combinación |
Idea clave
Cuando los elementos tienen cargos, posiciones o turnos distintos, generalmente el orden importa.
Cuando solo interesa formar un grupo o seleccionar elementos, generalmente el orden no importa.
Ejemplo 1: dos cargos distintos
En un curso se elige una presidencia y una secretaría entre \(6\) estudiantes.
El orden importa, porque no es lo mismo que Ana sea presidenta y Bruno secretario, a que Bruno sea presidente y Ana secretario.
Para la presidencia hay \(6\) opciones. Luego quedan \(5\) opciones para la secretaría:
\[ 6\cdot 5=30 \]
Hay \(30\) formas posibles de asignar los cargos.
Ejemplo 2: elegir una comisión
En el mismo curso se eligen \(2\) estudiantes entre \(6\) para formar una comisión.
Ahora el orden no importa. Elegir Ana y Bruno es la misma comisión que elegir Bruno y Ana.
Entonces corresponde usar combinaciones:
\[ \binom{6}{2}=\frac{6!}{2!4!} \]
\[ \binom{6}{2}=\frac{6\cdot 5}{2}=15 \]
Hay \(15\) comisiones posibles.
Ejemplo 3: misma cantidad de personas, distinto conteo
Se tienen \(5\) estudiantes y se quieren elegir \(3\).
Caso 1: se eligen para los cargos de presidencia, secretaría y tesorería.
El orden importa porque los cargos son distintos:
\[ 5\cdot 4\cdot 3=60 \]
Caso 2: se eligen \(3\) estudiantes para formar una comisión sin cargos.
El orden no importa:
\[ \binom{5}{3}=10 \]
La cantidad cambia porque en el primer caso se distinguen los roles, mientras que en el segundo solo importa el grupo elegido.
Error frecuente
No basta con mirar cuántos elementos se eligen. Hay que revisar si el orden cambia el significado del resultado.
Elegir \(3\) personas puede ser una combinación si forman una comisión, pero puede ser un conteo ordenado si ocuparán cargos distintos.
Ejercicio 1
Indica si corresponde usar permutaciones o combinaciones.
a) Ordenar \(5\) libros distintos en una repisa.
b) Elegir \(3\) estudiantes entre \(10\) para una comisión.
c) Elegir presidente y secretario entre \(8\) estudiantes.
d) Seleccionar \(4\) canciones entre \(12\) para una lista, sin importar el orden.
a) Corresponde usar permutaciones, porque se ordenan libros y el orden en la repisa importa.
b) Corresponde usar combinaciones, porque se forma una comisión y el orden de elección no importa.
c) Corresponde usar permutaciones o conteo ordenado, porque presidente y secretario son cargos distintos.
d) Corresponde usar combinaciones, porque se seleccionan canciones sin importar el orden.
Ejercicio 2
En un curso se elige una presidencia y una secretaría entre \(7\) estudiantes.
a) ¿Importa el orden?
b) ¿Cuántas formas posibles hay de asignar los cargos?
a) Sí importa el orden, porque los cargos son distintos.
No es lo mismo que una persona sea presidenta y otra secretaria, a que ocupen los cargos al revés.
b) Para la presidencia hay \(7\) opciones. Luego quedan \(6\) opciones para la secretaría:
\[ 7\cdot 6=42 \]
Hay \(42\) formas posibles de asignar los cargos.
Ejercicio 3
En un curso se eligen \(2\) representantes entre \(7\) estudiantes, sin cargos distintos.
a) ¿Importa el orden?
b) ¿Cuántas parejas de representantes se pueden formar?
a) No importa el orden, porque solo interesa quiénes serán representantes.
b) Se eligen \(2\) estudiantes entre \(7\):
\[ \binom{7}{2}=\frac{7!}{2!5!} \]
\[ \binom{7}{2}=\frac{7\cdot 6}{2}=21 \]
Se pueden formar \(21\) parejas de representantes.
Ejercicio 4
Un grupo tiene \(8\) estudiantes.
a) ¿Cuántas formas hay de elegir presidente y vicepresidente?
b) ¿Cuántas formas hay de elegir una comisión de \(2\) estudiantes?
c) Explica por qué los resultados son distintos.
a) Para presidente hay \(8\) opciones. Luego quedan \(7\) opciones para vicepresidente:
\[ 8\cdot 7=56 \]
b) Para una comisión de \(2\) estudiantes, el orden no importa:
\[ \binom{8}{2}=\frac{8\cdot 7}{2}=28 \]
c) Los resultados son distintos porque en los cargos sí importa quién ocupa cada puesto. En cambio, en la comisión solo importa el grupo formado.
Ejercicio 5
Se ordenan \(5\) libros distintos en una repisa.
a) ¿Corresponde usar permutaciones o combinaciones?
b) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
a) Corresponde usar permutaciones, porque se ordenan todos los libros y el orden importa.
b) Se ordenan \(5\) libros distintos:
\[ 5!=5\cdot 4\cdot 3\cdot 2\cdot 1=120 \]
Hay \(120\) ordenamientos posibles.
Ejercicio 6
Una estudiante debe elegir \(3\) libros entre \(5\) disponibles para leer durante el mes.
a) ¿Corresponde usar permutaciones o combinaciones?
b) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
a) Corresponde usar combinaciones, porque solo importa qué libros elige, no el orden en que los elige.
b) Se eligen \(3\) libros entre \(5\):
\[ \binom{5}{3}=\frac{5!}{3!2!} \]
\[ \binom{5}{3}=\frac{5\cdot 4}{2}=10 \]
Hay \(10\) selecciones posibles.
Ejercicio 7
Una clave se forma con dos letras distintas elegidas entre \(A\), \(B\), \(C\) y \(D\).
a) ¿Importa el orden de las letras?
b) ¿Cuántas claves posibles hay?
a) Sí importa el orden, porque \(AB\) y \(BA\) son claves distintas.
b) Para la primera letra hay \(4\) opciones. Como deben ser distintas, para la segunda quedan \(3\):
\[ 4\cdot 3=12 \]
Hay \(12\) claves posibles.
Ejercicio 8
En una caja hay \(5\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(5\). Se eligen \(2\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones contienen la tarjeta \(1\)?
c) Calcula la probabilidad de que la selección contenga la tarjeta \(1\).
a) Como se eligen \(2\) tarjetas y el orden no importa:
\[ \binom{5}{2}=\frac{5\cdot 4}{2}=10 \]
Hay \(10\) selecciones posibles.
b) Si la tarjeta \(1\) debe estar en la selección, falta elegir \(1\) tarjeta entre las otras \(4\):
\[ \binom{4}{1}=4 \]
Hay \(4\) selecciones que contienen la tarjeta \(1\).
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{contiene tarjeta }1)=\frac{4}{10}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 9
Se eligen \(3\) estudiantes entre \(6\) para ubicarlos en una fila de tres puestos.
a) ¿Importa el orden?
b) ¿Cuántas formas posibles hay?
a) Sí importa el orden, porque no es lo mismo quedar en el primer, segundo o tercer puesto.
b) Para el primer puesto hay \(6\) opciones. Luego quedan \(5\) para el segundo y \(4\) para el tercero:
\[ 6\cdot 5\cdot 4=120 \]
Hay \(120\) formas posibles.
Ejercicio 10
Se eligen \(3\) estudiantes entre \(6\) para formar un equipo, sin cargos ni posiciones.
a) ¿Importa el orden?
b) ¿Cuántos equipos posibles hay?
c) Compara este resultado con el ejercicio anterior.
a) No importa el orden, porque solo interesa quiénes forman el equipo.
b) Se eligen \(3\) estudiantes entre \(6\):
\[ \binom{6}{3}=\frac{6!}{3!3!} \]
\[ \binom{6}{3}=\frac{6\cdot 5\cdot 4}{3\cdot 2\cdot 1}=20 \]
Hay \(20\) equipos posibles.
c) En el ejercicio anterior había \(120\) formas porque el orden en los puestos importaba. Aquí hay \(20\) equipos porque cada grupo de \(3\) estudiantes se cuenta una sola vez.
Ejercicio 11
En un taller hay \(9\) estudiantes interesados y solo \(4\) cupos disponibles.
a) ¿Corresponde usar permutaciones o combinaciones?
b) ¿Cuántos grupos posibles de \(4\) estudiantes se pueden formar?
c) Si Martina es una de las estudiantes interesadas, ¿cuál es la probabilidad de que quede seleccionada?
a) Corresponde usar combinaciones, porque solo importa quiénes ocupan los cupos, no el orden.
b) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(9\):
\[ \binom{9}{4}=\frac{9\cdot 8\cdot 7\cdot 6}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=126 \]
c) Si Martina queda seleccionada, falta elegir \(3\) estudiantes entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6}{3\cdot 2\cdot 1}=56 \]
Entonces:
\[ P(\text{Martina seleccionada})=\frac{56}{126}=\frac{4}{9} \]
Ejercicio 12
Un estudiante debe resolver el siguiente problema:
“De \(8\) estudiantes se elegirán \(3\) para una comisión”.
El estudiante calcula:
\[ 8\cdot 7\cdot 6=336 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Calcula correctamente la cantidad de comisiones posibles.
c) Explica cómo decidir entre permutación y combinación en este caso.
a) El error es contar como si el orden importara. El cálculo \(8\cdot 7\cdot 6\) distingue entre primer, segundo y tercer elegido.
Pero en una comisión no hay posiciones distintas; solo importa el grupo elegido.
b) Corresponde usar combinaciones:
\[ \binom{8}{3}=\frac{8!}{3!5!} \]
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6}{3\cdot 2\cdot 1}=56 \]
Hay \(56\) comisiones posibles.
c) Se decide observando si el orden cambia el resultado. En una comisión, elegir Ana, Bruno y Carla es lo mismo que elegir Carla, Ana y Bruno. Como el orden no cambia el grupo, se usa combinación.
Para continuar
En la próxima página se calcularán probabilidades usando conteo, combinando casos posibles y casos favorables.
9. Cálculo de probabilidades usando conteo
Objetivos de la página
- Calcular probabilidades usando casos favorables y casos posibles.
- Aplicar técnicas de conteo en situaciones equiprobables.
- Distinguir cuándo usar principio multiplicativo, permutaciones o combinaciones.
- Justificar probabilidades mediante conteo ordenado o no ordenado.
Probabilidad usando conteo
Cuando todos los resultados posibles son igualmente probables, la probabilidad de un evento \(A\) se calcula como:
\[ P(A)=\frac{\text{casos favorables}}{\text{casos posibles}} \]
Las técnicas de conteo permiten calcular esos casos sin tener que listar todos los resultados.
Procedimiento general
- Identifica qué se está contando.
- Decide si el orden importa o no importa.
- Calcula la cantidad total de casos posibles.
- Calcula la cantidad de casos favorables al evento.
- Forma la fracción y simplifica si es posible.
Idea clave
Para calcular una probabilidad con conteo, los casos favorables y los casos posibles deben contarse con el mismo criterio.
Si los casos posibles se cuentan como ordenados, los favorables también deben contarse como ordenados. Si los casos posibles se cuentan sin importar el orden, los favorables también deben contarse sin importar el orden.
Ejemplo 1: clave con letras distintas
Una clave se forma con dos letras distintas elegidas entre \(A\), \(B\), \(C\) y \(D\). El orden importa.
Queremos calcular la probabilidad de que la clave comience con \(A\).
Casos posibles:
\[ 4\cdot 3=12 \]
Casos favorables: si la clave comienza con \(A\), la primera letra queda fija y para la segunda quedan \(3\) opciones.
\[ 1\cdot 3=3 \]
Entonces:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{3}{12}=\frac{1}{4} \]
Ejemplo 2: comisión de estudiantes
De un grupo de \(8\) estudiantes se elige una comisión de \(3\) personas. En el grupo está Martina.
Queremos calcular la probabilidad de que Martina quede en la comisión.
Como se forma una comisión, el orden no importa.
Casos posibles:
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6}{3\cdot 2\cdot 1}=56 \]
Casos favorables: Martina queda fija en la comisión, por lo que faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(7\):
\[ \binom{7}{2}=\frac{7\cdot 6}{2}=21 \]
Entonces:
\[ P(\text{Martina en la comisión})=\frac{21}{56}=\frac{3}{8} \]
Ejemplo 3: ordenar libros
Se ordenan \(5\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de matemática y otro es de historia.
Queremos calcular la probabilidad de que matemática e historia queden juntos.
Casos posibles:
\[ 5!=120 \]
Casos favorables: tratamos matemática e historia como un bloque. Entonces se ordenan \(4\) objetos: el bloque y los otros \(3\) libros.
\[ 4!=24 \]
Dentro del bloque, los dos libros pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 4!=2\cdot 24=48 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática e historia juntos})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Error frecuente
Un error común es contar los casos posibles de una forma y los casos favorables de otra.
Por ejemplo, si se cuentan comisiones sin importar el orden, no se deben contar los casos favorables como si el orden importara.
Ejercicio 1
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\), seguida de un dígito entre \(0\) y \(9\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con \(A\)?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con \(A\).
a) Hay \(5\) opciones de letra y \(10\) opciones de dígito:
\[ 5\cdot 10=50 \]
Hay \(50\) claves posibles.
b) Si la clave comienza con \(A\), la letra queda fija y el dígito puede ser cualquiera de los \(10\):
\[ 1\cdot 10=10 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con }A)=\frac{10}{50}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 2
Una clave se forma con tres dígitos usando \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\). Se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves tienen solo dígitos pares?
c) Calcula la probabilidad de que la clave tenga solo dígitos pares.
a) Hay \(6\) opciones para cada posición:
\[ 6\cdot 6\cdot 6=216 \]
b) Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\) y \(4\), es decir, \(3\) opciones. Como se permite repetir:
\[ 3\cdot 3\cdot 3=27 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{solo pares})=\frac{27}{216}=\frac{1}{8} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con tres dígitos usando \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\), sin repetir dígitos.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con \(2\)?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con \(2\).
a) Para la primera posición hay \(6\) opciones, luego quedan \(5\), y finalmente \(4\):
\[ 6\cdot 5\cdot 4=120 \]
b) Si la clave comienza con \(2\), la primera posición queda fija. Luego quedan \(5\) opciones para la segunda posición y \(4\) para la tercera:
\[ 1\cdot 5\cdot 4=20 \]
c)
\[ P(\text{comienza con }2)=\frac{20}{120}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 4
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Uno de ellos es de ciencias.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen el libro de ciencias en la primera posición?
c) Calcula la probabilidad de que el libro de ciencias quede primero.
a) Se ordenan \(6\) libros distintos:
\[ 6!=720 \]
b) Si ciencias queda primero, los otros \(5\) libros se ordenan libremente:
\[ 5!=120 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{ciencias primero})=\frac{120}{720}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 5
Se ordenan \(5\) estudiantes distintos en una fila. Uno de ellos es Ana.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen a Ana en uno de los extremos?
c) Calcula la probabilidad de que Ana quede en uno de los extremos.
a) El total de ordenamientos es:
\[ 5!=120 \]
b) Ana puede quedar en el primer lugar o en el último lugar: \(2\) opciones.
Los otros \(4\) estudiantes se ordenan libremente:
\[ 4!=24 \]
Casos favorables:
\[ 2\cdot 4!=2\cdot 24=48 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana en un extremo})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 6
De un grupo de \(9\) estudiantes se elige una comisión de \(3\) personas.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) Si Pedro pertenece al grupo, ¿cuántas comisiones incluyen a Pedro?
c) Calcula la probabilidad de que Pedro quede en la comisión.
a) Como se forma una comisión, el orden no importa:
\[ \binom{9}{3}=\frac{9\cdot 8\cdot 7}{3\cdot 2\cdot 1}=84 \]
b) Si Pedro queda fijo en la comisión, faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{2}=\frac{8\cdot 7}{2}=28 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Pedro en la comisión})=\frac{28}{84}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 7
En una urna hay \(4\) bolitas rojas y \(6\) bolitas azules. Se extraen \(3\) bolitas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones posibles hay?
b) ¿Cuántas extracciones tienen exactamente \(2\) rojas y \(1\) azul?
c) Calcula la probabilidad de obtener exactamente \(2\) rojas y \(1\) azul.
En total hay \(10\) bolitas.
a) Se extraen \(3\) bolitas entre \(10\):
\[ \binom{10}{3}=120 \]
b) Elegimos \(2\) rojas entre \(4\) y \(1\) azul entre \(6\):
\[ \binom{4}{2}\cdot \binom{6}{1}=6\cdot 6=36 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ rojas y }1\text{ azul})=\frac{36}{120}=\frac{3}{10} \]
Ejercicio 8
En una caja hay \(5\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(5\). Se eligen \(2\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen suma \(7\)?
c) Calcula la probabilidad de que la suma sea \(7\).
a) Se eligen \(2\) tarjetas entre \(5\):
\[ \binom{5}{2}=10 \]
b) Las parejas que suman \(7\) son:
\[ \{2,5\},\quad \{3,4\} \]
Hay \(2\) casos favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{suma }7)=\frac{2}{10}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 9
En un curso hay \(6\) mujeres y \(5\) hombres. Se eligen \(4\) estudiantes al azar para una actividad.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen solo mujeres?
c) Calcula la probabilidad de elegir solo mujeres.
En total hay:
\[ 6+5=11 \]
estudiantes.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(11\):
\[ \binom{11}{4}=330 \]
b) Para elegir solo mujeres, se eligen \(4\) mujeres entre \(6\):
\[ \binom{6}{4}=15 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{solo mujeres})=\frac{15}{330}=\frac{1}{22} \]
Ejercicio 10
Se ordenan \(5\) libros distintos. Dos de ellos son de matemática e historia.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen matemática e historia juntos?
c) Calcula la probabilidad de que matemática e historia queden juntos.
a) El total de ordenamientos es:
\[ 5!=120 \]
b) Tratamos matemática e historia como un bloque. Entonces se ordenan \(4\) objetos:
\[ 4!=24 \]
Dentro del bloque, los dos libros pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 4!=2\cdot 24=48 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{matemática e historia juntos})=\frac{48}{120}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 11
En un taller hay \(12\) estudiantes interesados y solo \(4\) cupos disponibles. Ana y Bruno están entre los interesados.
a) ¿Cuántos grupos posibles de \(4\) estudiantes se pueden formar?
b) ¿Cuántos grupos incluyen a Ana y Bruno?
c) Calcula la probabilidad de que Ana y Bruno queden seleccionados.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(12\):
\[ \binom{12}{4}=495 \]
b) Si Ana y Bruno quedan seleccionados, ya hay \(2\) cupos ocupados. Faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(10\):
\[ \binom{10}{2}=45 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno seleccionados})=\frac{45}{495}=\frac{1}{11} \]
Ejercicio 12
Un estudiante resuelve el siguiente problema:
“De \(10\) estudiantes se elige una comisión de \(3\). ¿Cuál es la probabilidad de que Camila quede en la comisión?”.
El estudiante calcula los casos posibles como:
\[ 10\cdot 9\cdot 8=720 \]
y los casos favorables como:
\[ \binom{9}{2}=36 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Resuelve correctamente el problema.
a) El error es mezclar criterios de conteo. Los casos posibles se contaron como si el orden importara, pero los casos favorables se contaron como combinación.
Como se trata de una comisión, el orden no importa. Entonces ambos conteos deben hacerse con combinaciones.
b) Casos posibles:
\[ \binom{10}{3}=\frac{10\cdot 9\cdot 8}{3\cdot 2\cdot 1}=120 \]
Casos favorables: Camila queda fija, y se eligen \(2\) estudiantes entre los otros \(9\):
\[ \binom{9}{2}=36 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{Camila en la comisión})=\frac{36}{120}=\frac{3}{10} \]
Para continuar
En la próxima página se aplicará el cálculo de probabilidades a sorteos, claves y selecciones.
10. Probabilidad en sorteos, claves y selecciones
Objetivos de la página
- Aplicar técnicas de conteo en sorteos, claves y selecciones.
- Identificar si una situación se cuenta con orden o sin orden.
- Distinguir situaciones con repetición y sin repetición.
- Calcular probabilidades usando casos favorables y casos posibles.
Situaciones frecuentes
Las técnicas de conteo permiten calcular probabilidades en situaciones como:
- sorteos: elegir una o más personas, tarjetas o números;
- claves: formar códigos con letras, números o símbolos;
- selecciones: formar grupos, comisiones o equipos.
En todos los casos, es importante reconocer si el orden importa y si se permite repetir elementos.
Probabilidad en situaciones equiprobables
Si todos los resultados posibles tienen la misma probabilidad, se usa:
\[ P(A)=\frac{\text{casos favorables}}{\text{casos posibles}} \]
El conteo ayuda a determinar ambos valores de manera ordenada.
Preguntas para elegir la estrategia
- ¿Se está formando una clave o código? Entonces suele importar el orden.
- ¿Se está formando un grupo o comisión? Entonces suele no importar el orden.
- ¿Se devuelve el elemento extraído o se puede repetir? Entonces hay repetición.
- ¿No se devuelve o los elementos deben ser distintos? Entonces no hay repetición.
Ejemplo 1: probabilidad en una clave
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\) y \(D\), seguida de dos dígitos entre \(0\) y \(9\). Se permite repetir dígitos.
Queremos calcular la probabilidad de que la clave comience con \(A\) y termine en un dígito par.
Casos posibles:
\[ 4\cdot 10\cdot 10=400 \]
Casos favorables:
- la letra debe ser \(A\): \(1\) opción;
- el primer dígito puede ser cualquiera: \(10\) opciones;
- el último dígito debe ser par: \(0,2,4,6,8\), es decir, \(5\) opciones.
\[ 1\cdot 10\cdot 5=50 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{comienza con }A\text{ y termina en par})=\frac{50}{400}=\frac{1}{8} \]
Ejemplo 2: probabilidad en un sorteo
En un sorteo escolar hay \(40\) tarjetas numeradas. Un curso tiene \(8\) tarjetas en el sorteo.
Si se extrae una tarjeta al azar, la probabilidad de que gane una tarjeta de ese curso es:
Casos favorables:
\[ 8 \]
Casos posibles:
\[ 40 \]
Entonces:
\[ P(\text{gana ese curso})=\frac{8}{40}=\frac{1}{5} \]
Ejemplo 3: probabilidad en una selección
En un grupo hay \(6\) estudiantes de primero medio y \(4\) estudiantes de segundo medio. Se eligen \(3\) estudiantes al azar para una actividad.
Queremos calcular la probabilidad de elegir exactamente \(2\) estudiantes de primero medio y \(1\) de segundo medio.
Casos posibles:
En total hay \(10\) estudiantes, y se eligen \(3\):
\[ \binom{10}{3}=120 \]
Casos favorables:
Elegimos \(2\) de primero medio entre \(6\):
\[ \binom{6}{2}=15 \]
Elegimos \(1\) de segundo medio entre \(4\):
\[ \binom{4}{1}=4 \]
Entonces:
\[ 15\cdot 4=60 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ de primero y }1\text{ de segundo})=\frac{60}{120}=\frac{1}{2} \]
Error frecuente
En sorteos y selecciones, no siempre importa el orden.
Si se eligen personas para formar un grupo, normalmente el orden no importa. Pero si se asignan cargos o posiciones, el orden sí importa.
Ejercicio 1
En un sorteo escolar hay \(50\) tarjetas. Un curso tiene \(10\) tarjetas.
a) ¿Cuántos casos posibles hay?
b) ¿Cuántos casos favorables hay para que gane ese curso?
c) Calcula la probabilidad de que gane ese curso.
a) Hay \(50\) tarjetas en total, por lo tanto hay \(50\) casos posibles.
b) El curso tiene \(10\) tarjetas, así que hay \(10\) casos favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{gana el curso})=\frac{10}{50}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 2
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\), seguida de un dígito entre \(0\) y \(9\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con vocal, si se consideran vocales \(A\) y \(E\)?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con vocal.
a) Hay \(5\) opciones de letra y \(10\) opciones de dígito:
\[ 5\cdot 10=50 \]
b) Las vocales disponibles son \(A\) y \(E\), es decir, \(2\) opciones. El dígito puede ser cualquiera de los \(10\):
\[ 2\cdot 10=20 \]
c) Entonces:
\[ P(\text{comienza con vocal})=\frac{20}{50}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con tres dígitos entre \(0\) y \(9\). Se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves terminan en \(5\)?
c) Calcula la probabilidad de que una clave termine en \(5\).
a) Como se permite repetir, hay \(10\) opciones para cada posición:
\[ 10\cdot 10\cdot 10=1000 \]
b) Si la clave termina en \(5\), el último dígito queda fijo. Los dos primeros dígitos tienen \(10\) opciones cada uno:
\[ 10\cdot 10\cdot 1=100 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{termina en }5)=\frac{100}{1000}=\frac{1}{10} \]
Ejercicio 4
Una clave se forma con tres dígitos distintos elegidos entre \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con \(0\)?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con \(0\).
a) Como no se permite repetir, hay \(6\) opciones para la primera posición, \(5\) para la segunda y \(4\) para la tercera:
\[ 6\cdot 5\cdot 4=120 \]
b) Si la clave comienza con \(0\), la primera posición queda fija. Para la segunda quedan \(5\) opciones y para la tercera \(4\):
\[ 1\cdot 5\cdot 4=20 \]
c)
\[ P(\text{comienza con }0)=\frac{20}{120}=\frac{1}{6} \]
Ejercicio 5
En un sorteo hay \(30\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(30\). Se extrae una tarjeta al azar.
a) ¿Cuántos casos posibles hay?
b) ¿Cuántos casos favorables hay para obtener un múltiplo de \(5\)?
c) Calcula la probabilidad de obtener un múltiplo de \(5\).
a) Hay \(30\) tarjetas, por lo tanto hay \(30\) casos posibles.
b) Los múltiplos de \(5\) entre \(1\) y \(30\) son:
\[ 5,\quad 10,\quad 15,\quad 20,\quad 25,\quad 30 \]
Hay \(6\) casos favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{múltiplo de }5)=\frac{6}{30}=\frac{1}{5} \]
Ejercicio 6
En una caja hay \(4\) tarjetas rojas y \(6\) tarjetas azules. Se extraen \(2\) tarjetas al azar, sin devolución y sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones posibles hay?
b) ¿Cuántas extracciones tienen dos tarjetas rojas?
c) Calcula la probabilidad de obtener dos tarjetas rojas.
En total hay:
\[ 4+6=10 \]
tarjetas.
a) Como se extraen \(2\) tarjetas sin importar el orden:
\[ \binom{10}{2}=\frac{10\cdot 9}{2}=45 \]
b) Para obtener dos rojas, elegimos \(2\) tarjetas rojas entre las \(4\):
\[ \binom{4}{2}=\frac{4\cdot 3}{2}=6 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{dos rojas})=\frac{6}{45}=\frac{2}{15} \]
Ejercicio 7
En una caja hay \(4\) tarjetas rojas y \(6\) tarjetas azules. Se extraen \(2\) tarjetas al azar, sin devolución y sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones tienen una roja y una azul?
b) Calcula la probabilidad de obtener una roja y una azul.
El total de extracciones posibles es:
\[ \binom{10}{2}=45 \]
a) Para obtener una roja y una azul:
\[ \binom{4}{1}\cdot \binom{6}{1}=4\cdot 6=24 \]
b) La probabilidad es:
\[ P(\text{una roja y una azul})=\frac{24}{45}=\frac{8}{15} \]
Ejercicio 8
De un grupo de \(12\) estudiantes se eligen \(4\) para una comisión. En el grupo está Valentina.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) ¿Cuántas comisiones incluyen a Valentina?
c) Calcula la probabilidad de que Valentina quede en la comisión.
a) Como se forma una comisión, el orden no importa:
\[ \binom{12}{4}=\frac{12\cdot 11\cdot 10\cdot 9}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=495 \]
b) Si Valentina queda fija en la comisión, faltan elegir \(3\) estudiantes entre los otros \(11\):
\[ \binom{11}{3}=\frac{11\cdot 10\cdot 9}{3\cdot 2\cdot 1}=165 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Valentina en la comisión})=\frac{165}{495}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 9
De un grupo de \(10\) estudiantes se eligen \(3\) para una actividad. Ana y Bruno están en el grupo.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones incluyen a Ana y Bruno?
c) Calcula la probabilidad de que Ana y Bruno sean seleccionados.
a) Se eligen \(3\) estudiantes entre \(10\):
\[ \binom{10}{3}=120 \]
b) Si Ana y Bruno quedan seleccionados, ya hay \(2\) cupos ocupados. Falta elegir \(1\) estudiante entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{1}=8 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno seleccionados})=\frac{8}{120}=\frac{1}{15} \]
Ejercicio 10
Una comisión de \(4\) estudiantes se elige desde un grupo formado por \(5\) estudiantes de primero medio y \(7\) estudiantes de segundo medio.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) ¿Cuántas comisiones tienen exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel?
c) Calcula la probabilidad de elegir exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel.
En total hay:
\[ 5+7=12 \]
estudiantes.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(12\):
\[ \binom{12}{4}=495 \]
b) Elegimos \(2\) estudiantes de primero medio entre \(5\):
\[ \binom{5}{2}=10 \]
Elegimos \(2\) estudiantes de segundo medio entre \(7\):
\[ \binom{7}{2}=21 \]
Casos favorables:
\[ 10\cdot 21=210 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ de cada nivel})=\frac{210}{495}=\frac{14}{33} \]
Ejercicio 11
Se ordenan \(6\) participantes distintos para exponer. Dos de ellos son Sofía y Tomás.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen a Sofía y Tomás juntos?
c) Calcula la probabilidad de que Sofía y Tomás queden juntos en el orden de exposición.
a) Se ordenan \(6\) participantes distintos:
\[ 6!=720 \]
b) Tratamos a Sofía y Tomás como un bloque. Entonces se ordenan \(5\) objetos: el bloque y los otros \(4\) participantes.
\[ 5!=120 \]
Dentro del bloque, Sofía y Tomás pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 5!=2\cdot 120=240 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Sofía y Tomás juntos})=\frac{240}{720}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 12
Un estudiante resuelve el siguiente problema:
“De \(9\) estudiantes se eligen \(3\) para una comisión. ¿Cuál es la probabilidad de que Camila quede seleccionada?”.
El estudiante dice:
“Como son \(3\) cupos, la probabilidad es \(\frac{1}{3}\)”.
a) ¿La respuesta es correcta?
b) Resuelve el problema usando conteo.
c) Explica por qué el resultado tiene sentido.
a) La respuesta no está justificada. La probabilidad no se obtiene solo mirando la cantidad de cupos. Hay que comparar casos favorables y casos posibles.
b) Casos posibles:
\[ \binom{9}{3}=\frac{9\cdot 8\cdot 7}{3\cdot 2\cdot 1}=84 \]
Casos favorables: Camila queda fija, y faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{2}=\frac{8\cdot 7}{2}=28 \]
Entonces:
\[ P(\text{Camila seleccionada})=\frac{28}{84}=\frac{1}{3} \]
c) En este caso el resultado coincide con \(\frac{1}{3}\), pero no porque haya \(3\) cupos directamente, sino porque al elegir \(3\) personas entre \(9\), cada estudiante tiene la misma posibilidad de ocupar uno de esos \(3\) cupos. La justificación correcta se obtiene con el conteo.
Para continuar
En la próxima página se resolverán problemas combinatorios integrados, mezclando claves, sorteos, selecciones, permutaciones y combinaciones.
11. Problemas combinatorios integrados
Objetivos de la página
- Resolver problemas que combinan principio multiplicativo, permutaciones y combinaciones.
- Decidir si el orden importa y si se permite repetir elementos.
- Calcular casos posibles y favorables en situaciones combinatorias variadas.
- Justificar probabilidades usando estrategias de conteo adecuadas.
Problemas integrados
En los problemas combinatorios integrados no siempre se indica directamente qué fórmula usar.
Primero se debe interpretar la situación: puede tratarse de una clave, un sorteo, una selección, un ordenamiento o una situación con restricciones.
Ruta de resolución
- Identifica qué se está formando: clave, grupo, ordenamiento, sorteo o selección.
- Decide si el orden importa.
- Decide si se permite repetir elementos.
- Calcula los casos posibles.
- Calcula los casos favorables.
- Usa: \[ P(A)=\frac{\text{casos favorables}}{\text{casos posibles}} \]
Error frecuente
No se debe elegir una fórmula solo porque aparecen números grandes o porque se seleccionan varios elementos.
La decisión depende del significado del resultado: si el orden cambia el resultado, se cuenta de forma ordenada; si no cambia, se usan combinaciones.
Ejemplo 1: clave con condiciones
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\) y \(D\), seguida de dos dígitos entre \(0\) y \(9\). Se permite repetir dígitos.
Calculemos la probabilidad de que la clave comience con \(A\) y termine en un dígito par.
Casos posibles:
\[ 4\cdot 10\cdot 10=400 \]
Casos favorables:
- letra \(A\): \(1\) opción;
- primer dígito cualquiera: \(10\) opciones;
- último dígito par: \(0,2,4,6,8\), es decir, \(5\) opciones.
\[ 1\cdot 10\cdot 5=50 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{comienza con }A\text{ y termina en par})=\frac{50}{400}=\frac{1}{8} \]
Ejemplo 2: selección con composición
En un grupo hay \(5\) estudiantes de primero medio y \(4\) estudiantes de segundo medio. Se eligen \(3\) estudiantes para una actividad.
Calculemos la probabilidad de elegir exactamente \(2\) estudiantes de primero medio y \(1\) de segundo medio.
Casos posibles:
En total hay \(9\) estudiantes y se eligen \(3\):
\[ \binom{9}{3}=84 \]
Casos favorables:
\[ \binom{5}{2}\cdot \binom{4}{1}=10\cdot 4=40 \]
Entonces:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ de primero y }1\text{ de segundo})=\frac{40}{84}=\frac{10}{21} \]
Ejemplo 3: ordenamiento con restricción
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Dos de ellos son de matemática y ciencias.
Calculemos la probabilidad de que esos dos libros queden juntos.
Casos posibles:
\[ 6!=720 \]
Casos favorables:
Tratamos matemática y ciencias como un bloque. Entonces se ordenan \(5\) objetos: el bloque y los otros \(4\) libros.
\[ 5!=120 \]
Dentro del bloque, los dos libros pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 5!=2\cdot 120=240 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{matemática y ciencias juntos})=\frac{240}{720}=\frac{1}{3} \]
Ejercicio 1
Indica qué estrategia corresponde usar en cada situación: principio multiplicativo, permutación, combinación o conteo con restricción.
a) Formar una clave de \(3\) dígitos, permitiendo repetir.
b) Ordenar \(5\) estudiantes distintos en una fila.
c) Elegir \(3\) estudiantes entre \(10\) para una comisión.
d) Ordenar \(6\) libros, con dos libros específicos juntos.
a) Corresponde usar principio multiplicativo con repetición, porque cada dígito puede volver a usarse.
b) Corresponde usar permutación simple, porque se ordenan todos los estudiantes distintos.
c) Corresponde usar combinación, porque se forma una comisión y el orden no importa.
d) Corresponde usar conteo con restricción, porque dos libros específicos deben quedar juntos. Se puede usar la estrategia de formar un bloque.
Ejercicio 2
Una clave se forma con una letra entre \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\), seguida de dos dígitos entre \(0\) y \(9\). Se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con vocal, si se consideran vocales \(A\) y \(E\)?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con vocal.
a) Hay \(5\) opciones de letra y \(10\) opciones para cada dígito:
\[ 5\cdot 10\cdot 10=500 \]
b) Las vocales disponibles son \(A\) y \(E\), es decir, \(2\) opciones. Los dos dígitos pueden ser cualesquiera:
\[ 2\cdot 10\cdot 10=200 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con vocal})=\frac{200}{500}=\frac{2}{5} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con tres dígitos distintos elegidos entre \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\), \(5\) y \(6\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con un dígito par?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con un dígito par.
a) Hay \(7\) dígitos disponibles. Como no se permite repetir:
\[ 7\cdot 6\cdot 5=210 \]
b) Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\), \(4\) y \(6\), es decir, \(4\) opciones para la primera posición.
Después de elegir el primer dígito, quedan \(6\) opciones para la segunda posición y \(5\) para la tercera:
\[ 4\cdot 6\cdot 5=120 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con par})=\frac{120}{210}=\frac{4}{7} \]
Ejercicio 4
En un sorteo hay \(80\) números, del \(1\) al \(80\). Se extrae un número al azar.
a) ¿Cuántos casos posibles hay?
b) ¿Cuántos casos favorables hay para obtener un múltiplo de \(8\)?
c) Calcula la probabilidad de obtener un múltiplo de \(8\).
a) Hay \(80\) números posibles.
b) Los múltiplos de \(8\) entre \(1\) y \(80\) son:
\[ 8,16,24,32,40,48,56,64,72,80 \]
Hay \(10\) casos favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{múltiplo de }8)=\frac{10}{80}=\frac{1}{8} \]
Ejercicio 5
Se ordenan \(7\) participantes distintos para exponer. Uno de ellos es Laura.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen a Laura en la primera o última posición?
c) Calcula la probabilidad de que Laura quede en un extremo.
a) Se ordenan \(7\) participantes distintos:
\[ 7!=5040 \]
b) Laura puede quedar en el primer o último lugar: \(2\) opciones.
Los otros \(6\) participantes se ordenan libremente:
\[ 6!=720 \]
Casos favorables:
\[ 2\cdot 6!=2\cdot 720=1440 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Laura en un extremo})=\frac{1440}{5040}=\frac{2}{7} \]
Ejercicio 6
En un grupo hay \(7\) estudiantes de primero medio y \(5\) estudiantes de segundo medio. Se eligen \(4\) estudiantes al azar para una actividad.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel?
c) Calcula la probabilidad de seleccionar exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel.
En total hay:
\[ 7+5=12 \]
estudiantes.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(12\):
\[ \binom{12}{4}=495 \]
b) Elegimos \(2\) estudiantes de primero medio entre \(7\):
\[ \binom{7}{2}=21 \]
Elegimos \(2\) estudiantes de segundo medio entre \(5\):
\[ \binom{5}{2}=10 \]
Casos favorables:
\[ 21\cdot 10=210 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ de cada nivel})=\frac{210}{495}=\frac{14}{33} \]
Ejercicio 7
Una caja contiene \(5\) tarjetas rojas, \(4\) azules y \(3\) verdes. Se extraen \(3\) tarjetas al azar, sin devolución y sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones posibles hay?
b) ¿Cuántas extracciones tienen una tarjeta de cada color?
c) Calcula la probabilidad de obtener una tarjeta de cada color.
En total hay:
\[ 5+4+3=12 \]
tarjetas.
a) Se extraen \(3\) tarjetas entre \(12\), sin importar el orden:
\[ \binom{12}{3}=\frac{12\cdot 11\cdot 10}{3\cdot 2\cdot 1}=220 \]
b) Para obtener una tarjeta de cada color:
\[ \binom{5}{1}\cdot \binom{4}{1}\cdot \binom{3}{1}=5\cdot 4\cdot 3=60 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{una de cada color})=\frac{60}{220}=\frac{3}{11} \]
Ejercicio 8
De un grupo de \(11\) estudiantes se elegirá una comisión de \(4\) personas. Ana y Bruno pertenecen al grupo.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) ¿Cuántas comisiones incluyen a Ana y Bruno?
c) Calcula la probabilidad de que Ana y Bruno queden en la comisión.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(11\):
\[ \binom{11}{4}=330 \]
b) Si Ana y Bruno están en la comisión, ya hay \(2\) lugares ocupados. Faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(9\):
\[ \binom{9}{2}=36 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno en la comisión})=\frac{36}{330}=\frac{6}{55} \]
Ejercicio 9
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Dos libros específicos deben quedar separados, es decir, no pueden quedar juntos.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay en total?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen esos dos libros juntos?
c) ¿Cuántos ordenamientos tienen esos dos libros separados?
d) Calcula la probabilidad de que queden separados.
a) El total de ordenamientos es:
\[ 6!=720 \]
b) Para contar cuando están juntos, los tratamos como un bloque. Entonces se ordenan \(5\) objetos:
\[ 5!=120 \]
Dentro del bloque, los dos libros pueden cambiar de orden:
\[ 2\cdot 5!=2\cdot 120=240 \]
c) Usamos complemento:
\[ 720-240=480 \]
Hay \(480\) ordenamientos donde los libros quedan separados.
d) La probabilidad es:
\[ P(\text{separados})=\frac{480}{720}=\frac{2}{3} \]
Ejercicio 10
Una contraseña se forma con dos letras distintas seguidas de dos dígitos distintos.
Las letras pueden ser \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) o \(E\), y los dígitos pueden ser \(0\), \(1\), \(2\), \(3\) o \(4\).
a) ¿Cuántas contraseñas posibles hay?
b) ¿Cuántas contraseñas comienzan con \(A\) y terminan en un dígito par?
c) Calcula la probabilidad de que la contraseña comience con \(A\) y termine en un dígito par.
a) Para las letras hay \(5\) opciones en la primera posición y \(4\) en la segunda, porque deben ser distintas.
Para los dígitos hay \(5\) opciones en la primera posición y \(4\) en la segunda:
\[ 5\cdot 4\cdot 5\cdot 4=400 \]
b) Si comienza con \(A\), la primera letra queda fija. La segunda letra tiene \(4\) opciones.
La contraseña debe terminar en un dígito par. Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\) y \(4\), es decir, \(3\) opciones para el último dígito.
Como los dígitos deben ser distintos, una vez elegido el último dígito, para el primer dígito quedan \(4\) opciones:
\[ 1\cdot 4\cdot 4\cdot 3=48 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con }A\text{ y termina en par})=\frac{48}{400}=\frac{3}{25} \]
Ejercicio 11
En una caja hay \(6\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(6\). Se eligen \(3\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen suma \(10\)?
c) Calcula la probabilidad de que la suma sea \(10\).
a) Se eligen \(3\) tarjetas entre \(6\):
\[ \binom{6}{3}=20 \]
b) Buscamos grupos de tres números distintos entre \(1\) y \(6\) que sumen \(10\):
\[ 1+3+6=10 \]
\[ 1+4+5=10 \]
\[ 2+3+5=10 \]
Hay \(3\) selecciones favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{suma }10)=\frac{3}{20} \]
Ejercicio 12
Un estudiante debe resolver el siguiente problema:
“De \(9\) estudiantes se eligen \(3\) para una comisión. ¿Cuál es la probabilidad de que dos estudiantes específicos, Sofía y Tomás, queden seleccionados?”.
El estudiante calcula los casos favorables como:
\[ 2\cdot 7=14 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Resuelve correctamente el problema.
a) El error es no interpretar correctamente la comisión. Si Sofía y Tomás deben quedar seleccionados, ellos ya ocupan \(2\) de los \(3\) cupos.
No se debe multiplicar por \(2\), porque no importa el orden dentro de la comisión.
b) Casos posibles:
\[ \binom{9}{3}=\frac{9\cdot 8\cdot 7}{3\cdot 2\cdot 1}=84 \]
Casos favorables: Sofía y Tomás quedan fijos, y falta elegir \(1\) estudiante entre los otros \(7\):
\[ \binom{7}{1}=7 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{Sofía y Tomás seleccionados})=\frac{7}{84}=\frac{1}{12} \]
Para continuar
En la próxima página se realizará una evaluación integradora del libro, aplicando conteo combinatorio y cálculo de probabilidades en distintos contextos.
12. Evaluación integradora: conteo combinatorio y cálculo de probabilidades
Objetivos de la página
- Integrar principio multiplicativo, conteo con y sin repetición, permutaciones y combinaciones.
- Seleccionar la estrategia de conteo adecuada según el contexto.
- Calcular probabilidades usando casos favorables y casos posibles.
- Justificar respuestas con procedimientos claros y lenguaje matemático correcto.
Indicaciones
En esta evaluación integradora no se introduce contenido nuevo. El propósito es aplicar las estrategias estudiadas durante el libro.
Antes de calcular, identifica si el orden importa, si se permite repetir y si estás contando una clave, un ordenamiento, un sorteo o una selección.
Ejercicio 1
Indica la estrategia de conteo más adecuada en cada situación: principio multiplicativo, conteo con repetición, conteo sin repetición, permutación, combinación o conteo con restricción.
a) Formar una clave de \(4\) dígitos, permitiendo repetir.
b) Ordenar \(6\) estudiantes distintos en una fila.
c) Elegir \(4\) estudiantes entre \(12\) para una comisión.
d) Ordenar \(7\) libros, sabiendo que dos libros específicos deben quedar juntos.
a) Corresponde usar principio multiplicativo con repetición, porque cada dígito puede volver a usarse.
b) Corresponde usar permutación simple, porque se ordenan todos los estudiantes distintos y el orden importa.
c) Corresponde usar combinación, porque se forma una comisión y el orden no importa.
d) Corresponde usar conteo con restricción, porque dos libros específicos deben quedar juntos. Una estrategia adecuada es formar un bloque con esos dos libros.
Ejercicio 2
Una clave se forma con dos letras distintas elegidas entre \(A\), \(B\), \(C\), \(D\) y \(E\), seguidas de un dígito entre \(0\) y \(9\).
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves comienzan con \(A\) y terminan en un dígito par?
c) Calcula la probabilidad de que la clave comience con \(A\) y termine en un dígito par.
a) La primera letra tiene \(5\) opciones. Como las letras deben ser distintas, la segunda letra tiene \(4\) opciones. El dígito tiene \(10\) opciones.
\[ 5\cdot 4\cdot 10=200 \]
Hay \(200\) claves posibles.
b) Si la clave comienza con \(A\), la primera letra queda fija. La segunda letra tiene \(4\) opciones.
Los dígitos pares entre \(0\) y \(9\) son:
\[ 0,\quad 2,\quad 4,\quad 6,\quad 8 \]
Hay \(5\) opciones para el dígito.
\[ 1\cdot 4\cdot 5=20 \]
Hay \(20\) claves favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{comienza con }A\text{ y termina en par})=\frac{20}{200}=\frac{1}{10} \]
Ejercicio 3
Una clave se forma con \(4\) dígitos usando los dígitos \(0\), \(1\), \(2\), \(3\), \(4\) y \(5\). Se permite repetir dígitos.
a) ¿Cuántas claves posibles hay?
b) ¿Cuántas claves tienen solo dígitos pares?
c) Calcula la probabilidad de que la clave tenga solo dígitos pares.
a) Como se permite repetir, cada posición tiene \(6\) opciones:
\[ 6\cdot 6\cdot 6\cdot 6=6^4=1296 \]
b) Los dígitos pares disponibles son \(0\), \(2\) y \(4\), es decir, \(3\) opciones.
Como se permite repetir:
\[ 3\cdot 3\cdot 3\cdot 3=3^4=81 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{solo dígitos pares})=\frac{81}{1296}=\frac{1}{16} \]
Ejercicio 4
De un grupo de \(12\) estudiantes se elige una comisión de \(4\) personas. Ana y Bruno pertenecen al grupo.
a) ¿Cuántas comisiones posibles hay?
b) ¿Cuántas comisiones incluyen a Ana?
c) ¿Cuántas comisiones incluyen a Ana y Bruno?
d) Calcula la probabilidad de que Ana y Bruno queden en la comisión.
a) Como se forma una comisión, el orden no importa:
\[ \binom{12}{4}=\frac{12\cdot 11\cdot 10\cdot 9}{4\cdot 3\cdot 2\cdot 1}=495 \]
b) Si Ana queda fija en la comisión, faltan elegir \(3\) estudiantes entre los otros \(11\):
\[ \binom{11}{3}=\frac{11\cdot 10\cdot 9}{3\cdot 2\cdot 1}=165 \]
c) Si Ana y Bruno quedan fijos, ya hay \(2\) cupos ocupados. Faltan elegir \(2\) estudiantes entre los otros \(10\):
\[ \binom{10}{2}=\frac{10\cdot 9}{2}=45 \]
d) La probabilidad es:
\[ P(\text{Ana y Bruno en la comisión})=\frac{45}{495}=\frac{1}{11} \]
Ejercicio 5
En un grupo hay \(5\) estudiantes de primero medio y \(7\) estudiantes de segundo medio. Se eligen \(4\) estudiantes al azar para una actividad.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel?
c) Calcula la probabilidad de elegir exactamente \(2\) estudiantes de cada nivel.
d) Calcula la probabilidad de elegir al menos un estudiante de primero medio.
En total hay:
\[ 5+7=12 \]
estudiantes.
a) Se eligen \(4\) estudiantes entre \(12\):
\[ \binom{12}{4}=495 \]
b) Para elegir exactamente \(2\) de cada nivel:
\[ \binom{5}{2}\cdot \binom{7}{2}=10\cdot 21=210 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ de cada nivel})=\frac{210}{495}=\frac{14}{33} \]
d) Para calcular “al menos un estudiante de primero medio”, usamos el complemento.
El caso contrario es elegir \(0\) estudiantes de primero medio, es decir, elegir los \(4\) estudiantes solo entre los \(7\) de segundo medio:
\[ \binom{7}{4}=35 \]
Casos favorables para “al menos uno de primero medio”:
\[ 495-35=460 \]
Entonces:
\[ P(\text{al menos uno de primero medio})=\frac{460}{495}=\frac{92}{99} \]
Ejercicio 6
Se ordenan \(6\) libros distintos en una repisa. Dos de ellos son de matemática e historia.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen matemática e historia juntos?
c) ¿Cuál es la probabilidad de que matemática e historia queden juntos?
d) ¿Cuál es la probabilidad de que no queden juntos?
a) Se ordenan \(6\) libros distintos:
\[ 6!=720 \]
b) Tratamos matemática e historia como un bloque. Entonces se ordenan \(5\) objetos: el bloque y los otros \(4\) libros.
\[ 5!=120 \]
Dentro del bloque, matemática e historia pueden ordenarse de \(2\) formas:
\[ 2\cdot 5!=2\cdot 120=240 \]
c) La probabilidad de que queden juntos es:
\[ P(\text{juntos})=\frac{240}{720}=\frac{1}{3} \]
d) El evento contrario es que no queden juntos:
\[ P(\text{no juntos})=1-\frac{1}{3}=\frac{2}{3} \]
Ejercicio 7
En un curso de \(9\) estudiantes se elegirán dos personas.
Primero, se asignan los cargos de presidencia y secretaría. Luego, se compara con formar una comisión de \(2\) estudiantes sin cargos.
a) ¿Cuántas formas hay de asignar presidencia y secretaría?
b) ¿Cuántas comisiones de \(2\) estudiantes se pueden formar?
c) Si Martina pertenece al curso, calcula la probabilidad de que ocupe algún cargo.
d) Si se forma una comisión de \(2\), calcula la probabilidad de que Martina pertenezca a la comisión.
a) Para la presidencia hay \(9\) opciones. Luego quedan \(8\) opciones para la secretaría:
\[ 9\cdot 8=72 \]
b) Para una comisión el orden no importa:
\[ \binom{9}{2}=\frac{9\cdot 8}{2}=36 \]
c) Martina puede ocupar presidencia o secretaría.
Si Martina es presidenta, hay \(8\) opciones para secretaría.
Si Martina es secretaria, hay \(8\) opciones para presidencia.
Casos favorables:
\[ 8+8=16 \]
Entonces:
\[ P(\text{Martina ocupa algún cargo})=\frac{16}{72}=\frac{2}{9} \]
d) Si Martina pertenece a la comisión, falta elegir \(1\) estudiante entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{1}=8 \]
Entonces:
\[ P(\text{Martina en la comisión})=\frac{8}{36}=\frac{2}{9} \]
En ambos casos la probabilidad coincide, aunque el conteo usado es distinto.
Ejercicio 8
Una caja contiene \(4\) tarjetas rojas, \(3\) azules y \(2\) verdes. Se extraen \(3\) tarjetas al azar, sin devolución y sin importar el orden.
a) ¿Cuántas extracciones posibles hay?
b) ¿Cuántas extracciones tienen una tarjeta de cada color?
c) Calcula la probabilidad de obtener una tarjeta de cada color.
d) Calcula la probabilidad de obtener exactamente \(2\) rojas y \(1\) no roja.
En total hay:
\[ 4+3+2=9 \]
tarjetas.
a) Se extraen \(3\) tarjetas entre \(9\):
\[ \binom{9}{3}=\frac{9\cdot 8\cdot 7}{3\cdot 2\cdot 1}=84 \]
b) Para obtener una tarjeta de cada color:
\[ \binom{4}{1}\cdot \binom{3}{1}\cdot \binom{2}{1}=4\cdot 3\cdot 2=24 \]
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{una de cada color})=\frac{24}{84}=\frac{2}{7} \]
d) Para obtener exactamente \(2\) rojas y \(1\) no roja:
Elegimos \(2\) rojas entre \(4\):
\[ \binom{4}{2}=6 \]
Hay \(5\) tarjetas no rojas, porque:
\[ 3+2=5 \]
Elegimos \(1\) no roja entre \(5\):
\[ \binom{5}{1}=5 \]
Casos favorables:
\[ 6\cdot 5=30 \]
Entonces:
\[ P(\text{exactamente }2\text{ rojas y }1\text{ no roja})=\frac{30}{84}=\frac{5}{14} \]
Ejercicio 9
Se ordenan \(7\) estudiantes distintos en una fila. Entre ellos están Ana, Bruno y Carla.
a) ¿Cuántos ordenamientos posibles hay?
b) ¿Cuántos ordenamientos tienen a Carla en la última posición y a Ana antes que Bruno?
c) Calcula la probabilidad de que Carla quede última y Ana quede antes que Bruno.
a) Se ordenan \(7\) estudiantes distintos:
\[ 7!=5040 \]
b) Si Carla queda fija en la última posición, quedan \(6\) estudiantes para ordenar:
\[ 6!=720 \]
De esos ordenamientos, en la mitad Ana queda antes que Bruno y en la otra mitad Bruno queda antes que Ana.
Por lo tanto:
\[ \frac{720}{2}=360 \]
Hay \(360\) ordenamientos favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{Carla última y Ana antes que Bruno})=\frac{360}{5040}=\frac{1}{14} \]
Ejercicio 10
En una caja hay \(8\) tarjetas numeradas del \(1\) al \(8\). Se eligen \(3\) tarjetas al azar, sin importar el orden.
a) ¿Cuántas selecciones posibles hay?
b) ¿Cuántas selecciones tienen suma \(12\)?
c) Calcula la probabilidad de que la suma sea \(12\).
a) Se eligen \(3\) tarjetas entre \(8\):
\[ \binom{8}{3}=\frac{8\cdot 7\cdot 6}{3\cdot 2\cdot 1}=56 \]
b) Buscamos grupos de tres números distintos entre \(1\) y \(8\) que sumen \(12\):
\[ 1+3+8=12 \]
\[ 1+4+7=12 \]
\[ 1+5+6=12 \]
\[ 2+3+7=12 \]
\[ 2+4+6=12 \]
\[ 3+4+5=12 \]
Hay \(6\) selecciones favorables.
c) La probabilidad es:
\[ P(\text{suma }12)=\frac{6}{56}=\frac{3}{28} \]
Ejercicio 11
Un estudiante debe resolver el siguiente problema:
“De \(10\) estudiantes se elige una comisión de \(3\). ¿Cuál es la probabilidad de que Paula y Diego queden seleccionados?”.
El estudiante calcula los casos favorables así:
\[ 2\cdot 8=16 \]
a) ¿Cuál es el error?
b) Resuelve correctamente el problema.
a) El error es multiplicar por \(2\), como si el orden de Paula y Diego importara dentro de la comisión.
En una comisión el orden no importa. Si Paula y Diego deben quedar seleccionados, ellos ya ocupan \(2\) de los \(3\) cupos.
b) Casos posibles:
\[ \binom{10}{3}=\frac{10\cdot 9\cdot 8}{3\cdot 2\cdot 1}=120 \]
Casos favorables: Paula y Diego quedan fijos, y falta elegir \(1\) estudiante entre los otros \(8\):
\[ \binom{8}{1}=8 \]
Entonces:
\[ P(\text{Paula y Diego seleccionados})=\frac{8}{120}=\frac{1}{15} \]
Ejercicio 12
Una plataforma genera una recomendación eligiendo:
- un formato entre \(4\) posibles;
- una asignatura entre \(6\) posibles;
- un nivel entre inicial o avanzado.
Todas las recomendaciones son igualmente probables.
a) ¿Cuántas recomendaciones posibles hay?
b) Si una asignatura es matemática, ¿cuál es la probabilidad de que la recomendación sea de matemática y de nivel avanzado?
c) Si solo uno de los formatos es video, ¿cuál es la probabilidad de que la recomendación no sea video?
d) Explica qué estrategia de conteo se usó.
a) Se aplica el principio multiplicativo:
\[ 4\cdot 6\cdot 2=48 \]
Hay \(48\) recomendaciones posibles.
b) Para que la recomendación sea de matemática y de nivel avanzado:
- el formato puede ser cualquiera de los \(4\): \(4\) opciones;
- la asignatura matemática queda fija: \(1\) opción;
- el nivel avanzado queda fijo: \(1\) opción.
\[ 4\cdot 1\cdot 1=4 \]
Entonces:
\[ P(\text{matemática y avanzado})=\frac{4}{48}=\frac{1}{12} \]
c) Si solo uno de los \(4\) formatos es video, entonces hay \(3\) formatos que no son video.
Casos favorables:
\[ 3\cdot 6\cdot 2=36 \]
Entonces:
\[ P(\text{no video})=\frac{36}{48}=\frac{3}{4} \]
d) Se usó el principio multiplicativo, porque la recomendación se forma por etapas: formato, asignatura y nivel.
Cierre
El cálculo de probabilidades mediante conteo requiere interpretar correctamente la situación antes de aplicar una fórmula.
La clave es decidir si el orden importa, si hay repetición y si conviene contar directamente o usar una estrategia como formar bloques o usar el complemento.