¿Que tan probable es si....?
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| Curso: | Media 3 |
| Libro: | ¿Que tan probable es si....? |
| Imprimido por: | Invitado |
| Día: | jueves, 23 de julio de 2026, 21:01 |
Tabla de contenidos
- 1. Introducción a la Probabilidad: Conceptos Básicos
- 2. Probabilidad: Regla de la Suma y del Complemento
- 3. Probabilidad Condicional: Concepto y Cálculo
- 4. Tablas de Doble Entrada y Diagramas de Árbol
- 5. Toma de Decisiones con Probabilidad Condicional
- 6. Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 1) - Probabilidad
- 7. Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 2) - Probabilidad
1. Introducción a la Probabilidad: Conceptos Básicos
Introducción a la Probabilidad: Conceptos Básicos
¿Qué es la Probabilidad?
Definición
La probabilidad es una medida de la incertidumbre. Nos dice qué tan posible es que ocurra un evento. Se expresa como un número entre \(0\) y \(1\), o como un porcentaje entre \(0\%\) y \(100\%\).
- Probabilidad \(=0\) o \(0\%\): evento imposible.
- Probabilidad \(=1\) o \(100\%\): evento seguro.
- Probabilidad entre \(0\) y \(1\): indica un grado de posibilidad. Mientras más cerca esté de \(1\), más probable es el evento.
Ejemplo 1: lanzamiento de una moneda
Al lanzar una moneda equilibrada, hay dos resultados posibles: cara o sello.
\[ P(\text{cara})=\frac{1}{2}=0{,}5=50\% \]
\[ P(\text{sello})=\frac{1}{2}=0{,}5=50\% \]
Ejemplo 2: extracción de una bola
En una bolsa hay \(3\) bolas rojas y \(2\) azules. En total hay \(5\) bolas.
La probabilidad de extraer una bola roja es:
\[ P(\text{roja})=\frac{3}{5}=0{,}6=60\% \]
Conceptos Fundamentales
Experimento aleatorio
Es un proceso con resultado incierto, que se puede repetir y cuyos resultados posibles se conocen.
Ejemplos: lanzar un dado, sacar una carta o medir el tiempo de reacción de una persona.
Espacio muestral \((\Omega)\)
Es el conjunto de todos los resultados posibles de un experimento aleatorio.
Ejemplos:
- Al lanzar un dado: \(\Omega=\{1,2,3,4,5,6\}\).
- Al lanzar dos monedas: \(\Omega=\{CC,CS,SC,SS\}\), donde \(C\) representa cara y \(S\) representa sello.
Evento o suceso
Es un subconjunto del espacio muestral. Puede estar formado por uno o más resultados posibles.
Ejemplos:
- Al lanzar un dado, obtener un número par: \(A=\{2,4,6\}\).
- Al lanzar dos monedas, obtener al menos una cara: \(B=\{CC,CS,SC\}\).
- Evento simple: tiene un solo resultado.
- Evento compuesto: tiene más de un resultado.
Cálculo de Probabilidades
Enfoque clásico o de Laplace
Si todos los resultados son igualmente probables, se calcula:
\[ P(A)=\frac{\text{casos favorables a }A}{\text{casos posibles}} \]
También puede escribirse como:
\[ P(A)=\frac{\text{número de elementos de }A}{\text{número de elementos de }\Omega} \]
Ejemplos de enfoque clásico
- Al lanzar un dado, la probabilidad de obtener un \(3\) es \(P(3)=\frac{1}{6}\).
- Al lanzar un dado, la probabilidad de obtener un número par es \(P(\text{par})=\frac{3}{6}=\frac{1}{2}\).
- Al sacar una carta de una baraja inglesa de \(52\) cartas, la probabilidad de obtener un corazón es \(P(\text{corazón})=\frac{13}{52}=\frac{1}{4}\).
Enfoque frecuentista o frecuencia relativa
Si repetimos un experimento muchas veces, la probabilidad de un evento puede aproximarse mediante la frecuencia relativa:
\[ P(A)\approx \frac{\text{veces que ocurre }A}{\text{cantidad de repeticiones}} \]
Mientras mayor sea la cantidad de repeticiones, mejor puede ser la aproximación.
Ejemplo de frecuencia relativa
Si se lanza una moneda \(1000\) veces y se obtienen \(512\) caras, entonces la frecuencia relativa de obtener cara es:
\[ \frac{512}{1000}=0{,}512 \]
Esto corresponde aproximadamente a un \(51{,}2\%\).
Representación
Formas equivalentes de representar una probabilidad
Una probabilidad puede representarse como fracción, decimal o porcentaje.
Por ejemplo:
\[ \frac{1}{2}=0{,}5=50\% \]
Ejercicios y Problemas
Ejercicios (Nivel Básico)
Ejercicio 1
Describe el espacio muestral para cada experimento:
- Lanzar un dado de diez caras numeradas del \(1\) al \(10\).
- Elegir una vocal de la palabra “MURCIELAGO”.
- Lanzar una moneda tres veces.
-
El dado tiene diez resultados posibles:
\[ \Omega=\{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10\} \]
-
Las vocales de la palabra “MURCIELAGO” son \(U\), \(I\), \(E\), \(A\) y \(O\):
\[ \Omega=\{U,I,E,A,O\} \]
-
En cada lanzamiento puede salir cara \((C)\) o sello \((S)\). Como son tres lanzamientos, se listan todas las combinaciones posibles:
\[ \Omega=\{CCC,CCS,CSC,CSS,SCC,SCS,SSC,SSS\} \]
Ejercicio 2
Calcula la probabilidad usando el enfoque clásico:
- Obtener un número mayor que \(4\) al lanzar un dado de seis caras.
- Sacar una carta de espadas de una baraja inglesa de \(52\) cartas.
- Obtener al menos un sello al lanzar una moneda dos veces.
-
Al lanzar un dado, el espacio muestral es \(\Omega=\{1,2,3,4,5,6\}\). Los números mayores que \(4\) son \(5\) y \(6\), por lo tanto hay \(2\) casos favorables de \(6\) posibles.
\[ P(\text{mayor que }4)=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
-
En una baraja inglesa hay \(13\) cartas de espadas de un total de \(52\) cartas.
\[ P(\text{espadas})=\frac{13}{52}=\frac{1}{4} \]
-
Al lanzar una moneda dos veces:
\[ \Omega=\{CC,CS,SC,SS\} \]
Los casos con al menos un sello son \(CS\), \(SC\) y \(SS\), es decir, \(3\) casos favorables de \(4\) posibles.
\[ P(\text{al menos un sello})=\frac{3}{4} \]
Ejercicio 3
Clasifica los siguientes eventos al lanzar un dado de seis caras como simples o compuestos:
- Obtener un \(6\).
- Obtener un número impar.
- Obtener un número mayor que \(2\).
- Obtener un \(1\).
-
Obtener un \(6\) corresponde al evento \(\{6\}\). Tiene un solo resultado, por lo tanto es un evento simple.
-
Obtener un número impar corresponde al evento \(\{1,3,5\}\). Tiene más de un resultado, por lo tanto es un evento compuesto.
-
Obtener un número mayor que \(2\) corresponde al evento \(\{3,4,5,6\}\). Tiene más de un resultado, por lo tanto es un evento compuesto.
-
Obtener un \(1\) corresponde al evento \(\{1\}\). Tiene un solo resultado, por lo tanto es un evento simple.
Ejercicio 4
Expresa las siguientes probabilidades como fracción, decimal y porcentaje:
- La probabilidad de que llueva mañana es \(0{,}3\).
- La probabilidad de ganar un premio es \(\frac{1}{5}\).
- La probabilidad de que un estudiante apruebe un examen es \(80\%\).
-
El decimal \(0{,}3\) equivale a tres décimos:
\[ 0{,}3=\frac{3}{10}=30\% \]
-
Para transformar \(\frac{1}{5}\) a decimal, dividimos \(1:5\):
\[ \frac{1}{5}=0{,}2=20\% \]
-
El \(80\%\) significa \(80\) de cada \(100\):
\[ 80\%=0{,}8=\frac{80}{100}=\frac{4}{5} \]
Ejercicios (Nivel Intermedio)
Ejercicio 5
Se lanza una moneda \(100\) veces y se obtienen \(45\) caras. Calcula la frecuencia relativa de obtener cara y compárala con la probabilidad teórica.
La frecuencia relativa se calcula dividiendo la cantidad de veces que ocurre el evento por la cantidad total de repeticiones:
\[ \text{frecuencia relativa}=\frac{45}{100}=0{,}45 \]
La probabilidad teórica de obtener cara en una moneda equilibrada es:
\[ P(\text{cara})=\frac{1}{2}=0{,}5 \]
Por lo tanto, la frecuencia relativa obtenida, \(0{,}45\), es ligeramente menor que la probabilidad teórica \(0{,}5\).
Ejercicio 6
En una caja hay \(6\) bolas rojas, \(4\) bolas azules y \(5\) bolas verdes. Se extrae una bola al azar. Calcula la probabilidad de que:
- La bola sea roja.
- La bola sea azul.
- La bola no sea verde.
- La bola sea roja o azul.
Primero calculamos el total de bolas:
\[ 6+4+5=15 \]
-
Hay \(6\) bolas rojas de \(15\) bolas en total:
\[ P(\text{roja})=\frac{6}{15}=\frac{2}{5} \]
-
Hay \(4\) bolas azules de \(15\) bolas en total:
\[ P(\text{azul})=\frac{4}{15} \]
-
No ser verde significa que la bola puede ser roja o azul. Entonces hay \(6+4=10\) casos favorables.
\[ P(\text{no verde})=\frac{10}{15}=\frac{2}{3} \]
-
Ser roja o azul también corresponde a \(6+4=10\) casos favorables, pues no puede ser roja y azul al mismo tiempo.
\[ P(\text{roja o azul})=\frac{10}{15}=\frac{2}{3} \]
Ejercicio 7
Se elige al azar una letra de la palabra “PROBABILIDAD”. Calcula la probabilidad de que:
- Sea una vocal.
- Sea una consonante.
- Sea la letra \(B\).
- No sea la letra \(A\).
La palabra “PROBABILIDAD” tiene \(12\) letras:
\[ P,R,O,B,A,B,I,L,I,D,A,D \]
Sus vocales son \(O,A,I,I,A\), es decir, \(5\) vocales. Sus consonantes son \(7\).
-
\[ P(\text{vocal})=\frac{5}{12} \]
-
\[ P(\text{consonante})=\frac{7}{12} \]
-
La letra \(B\) aparece \(2\) veces.
\[ P(B)=\frac{2}{12}=\frac{1}{6} \]
-
La letra \(A\) aparece \(2\) veces, por lo tanto hay \(12-2=10\) letras que no son \(A\).
\[ P(\text{no }A)=\frac{10}{12}=\frac{5}{6} \]
Problemas (Nivel Intermedio-Avanzado)
Problema 1
Se lanzan dos dados de seis caras. Calcula la probabilidad de que:
- La suma de los dos dados sea \(5\).
- La suma sea menor o igual que \(4\).
- Se obtenga al menos un \(4\).
- Se obtenga el mismo número en ambos dados.
Al lanzar dos dados, cada resultado se puede representar como un par ordenado \((a,b)\), donde \(a\) es el resultado del primer dado y \(b\) el del segundo. Hay:
\[ 6\cdot 6=36 \]
casos posibles.
-
La suma es \(5\) en los siguientes casos:
\[ (1,4),(2,3),(3,2),(4,1) \]
Hay \(4\) casos favorables.
\[ P(\text{suma }5)=\frac{4}{36}=\frac{1}{9} \]
-
La suma es menor o igual que \(4\) en los siguientes casos:
\[ (1,1),(1,2),(2,1),(1,3),(2,2),(3,1) \]
Hay \(6\) casos favorables.
\[ P(\text{suma}\le 4)=\frac{6}{36}=\frac{1}{6} \]
-
Obtener al menos un \(4\) incluye todos los pares donde el primer dado es \(4\) o el segundo dado es \(4\):
\[ (4,1),(4,2),(4,3),(4,4),(4,5),(4,6) \]
\[ (1,4),(2,4),(3,4),(5,4),(6,4) \]
Hay \(11\) casos favorables. El par \((4,4)\) se cuenta una sola vez.
\[ P(\text{al menos un }4)=\frac{11}{36} \]
-
Se obtiene el mismo número en ambos dados en los siguientes casos:
\[ (1,1),(2,2),(3,3),(4,4),(5,5),(6,6) \]
Hay \(6\) casos favorables.
\[ P(\text{mismo número})=\frac{6}{36}=\frac{1}{6} \]
Problema 2
En una clase, el \(60\%\) de los estudiantes son mujeres. Se elige un estudiante al azar. Si la probabilidad de que sea mujer y use lentes es del \(20\%\), ¿cuál es la probabilidad de que un estudiante elegido al azar no use lentes, sabiendo que sí es mujer?
Sabemos que:
\[ P(\text{mujer})=60\%=0{,}6 \]
\[ P(\text{mujer y usa lentes})=20\%=0{,}2 \]
Si el \(60\%\) son mujeres y el \(20\%\) son mujeres que usan lentes, entonces el porcentaje de mujeres que no usan lentes es:
\[ 60\%-20\%=40\% \]
Ahora queremos la probabilidad de no usar lentes sabiendo que la persona elegida es mujer. Por eso, comparamos el \(40\%\) con el total de mujeres, que es \(60\%\):
\[ P(\text{no usa lentes}\mid \text{mujer})=\frac{40\%}{60\%}=\frac{40}{60}=\frac{2}{3} \]
Por lo tanto, la probabilidad pedida es:
\[ \frac{2}{3} \]
Problema 3
Se tienen dos urnas. La urna A contiene \(3\) bolas rojas y \(2\) bolas blancas. La urna B contiene \(1\) bola roja y \(4\) bolas blancas.
- Se elige una urna al azar y se extrae una bola. ¿Cuál es la probabilidad de que la bola sea roja?
- Si se extraen \(2\) bolas de la urna A, sin reemplazo, ¿cuál es la probabilidad de que ambas sean rojas?
-
Como se elige una urna al azar, la probabilidad de elegir cada urna es:
\[ P(A)=\frac{1}{2} \qquad P(B)=\frac{1}{2} \]
En la urna A hay \(3\) bolas rojas de \(5\) bolas en total:
\[ P(\text{roja}\mid A)=\frac{3}{5} \]
En la urna B hay \(1\) bola roja de \(5\) bolas en total:
\[ P(\text{roja}\mid B)=\frac{1}{5} \]
Entonces:
\[ P(\text{roja})=\frac{1}{2}\cdot \frac{3}{5}+\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{5} \]
\[ P(\text{roja})=\frac{3}{10}+\frac{1}{10}=\frac{4}{10}=\frac{2}{5} \]
-
En la urna A hay \(3\) bolas rojas y \(2\) blancas, es decir, \(5\) bolas en total.
La probabilidad de que la primera bola sea roja es:
\[ P(\text{primera roja})=\frac{3}{5} \]
Como la extracción es sin reemplazo, si la primera bola fue roja, quedan \(2\) bolas rojas de \(4\) bolas en total.
\[ P(\text{segunda roja}\mid \text{primera roja})=\frac{2}{4}=\frac{1}{2} \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{ambas rojas})=\frac{3}{5}\cdot \frac{1}{2}=\frac{3}{10} \]
Material de apoyo
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2. Probabilidad: Regla de la Suma y del Complemento
Probabilidad: Regla de la Suma y del Complemento
Repaso Rápido
Recordemos
- Experimento aleatorio: proceso cuyo resultado es incierto.
- Espacio muestral \((\Omega)\): conjunto de todos los resultados posibles.
- Evento: subconjunto del espacio muestral.
- Probabilidad: medida de la posibilidad de que ocurra un evento, con valores entre \(0\) y \(1\).
- Probabilidad clásica: si los resultados son equiprobables, entonces: \[ P(A)=\frac{\text{casos favorables}}{\text{casos posibles}} \]
Regla de la Suma
Eventos mutuamente excluyentes
Dos eventos son mutuamente excluyentes si no pueden ocurrir al mismo tiempo.
Ejemplos:
- Al lanzar un dado: “obtener un \(1\)” y “obtener un \(6\)”.
- Al sacar una carta: “sacar un rey” y “sacar una reina”.
- En una carrera: “llegar primero” y “llegar segundo”.
Si \(A\) y \(B\) son mutuamente excluyentes, entonces:
\[ P(A \text{ o } B)=P(A\cup B)=P(A)+P(B) \]
Ejemplo: eventos mutuamente excluyentes
Al lanzar un dado, consideremos los eventos:
- \(A\): obtener un \(1\).
- \(B\): obtener un \(6\).
Estos eventos no pueden ocurrir al mismo tiempo, por lo tanto son mutuamente excluyentes.
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
Eventos no mutuamente excluyentes
Dos eventos son no mutuamente excluyentes si pueden ocurrir al mismo tiempo.
Ejemplos:
- Al lanzar un dado: “obtener par” y “obtener un número mayor que \(3\)”.
- Al sacar una carta: “sacar corazón” y “sacar figura”.
- En una encuesta: “tener perro” y “tener gato”.
En este caso se usa la regla general de la suma:
\[ P(A \text{ o } B)=P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
Se resta \(P(A\cap B)\) para evitar contar dos veces los casos que pertenecen a ambos eventos.
Ejemplo: eventos no mutuamente excluyentes
Al lanzar un dado, consideremos los eventos:
- \(A\): obtener un número par, entonces \(A=\{2,4,6\}\).
- \(B\): obtener un número mayor que \(3\), entonces \(B=\{4,5,6\}\).
Los eventos tienen resultados en común:
\[ A\cap B=\{4,6\} \]
Por lo tanto:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
\[ P(A\cup B)=\frac{3}{6}+\frac{3}{6}-\frac{2}{6}=\frac{4}{6}=\frac{2}{3} \]
Diagramas de Venn
Los diagramas de Venn ayudan a visualizar eventos. Cada círculo representa un evento. La intersección corresponde a “\(A\) y \(B\)”, mientras que la unión corresponde a “\(A\) o \(B\)”.
Regla del Complemento
Complemento de un evento
El complemento de un evento \(A\), escrito como \(A^c\), \(A'\) o \(\bar{A}\), es el evento en que no ocurre \(A\).
Ejemplos:
- Si \(A\) es “obtener par en un dado”, entonces \(A^c\) es “obtener impar”.
- Si \(A\) es “sacar rey”, entonces \(A^c\) es “no sacar rey”.
- Si \(A\) es “obtener al menos una cara al lanzar tres monedas”, entonces \(A^c\) es “no obtener ninguna cara”.
La fórmula del complemento es:
\[ P(A^c)=1-P(A) \]
Ejemplo: uso del complemento
Al lanzar un dado, sea \(A\) el evento “obtener un \(2\)”. Entonces:
\[ P(A)=\frac{1}{6} \]
El complemento \(A^c\) corresponde a “no obtener un \(2\)”. Por la regla del complemento:
\[ P(A^c)=1-P(A)=1-\frac{1}{6}=\frac{5}{6} \]
Ejercicios y Problemas
Ejercicios (Nivel Básico)
Ejercicio 1
Clasifica los siguientes pares de eventos como mutuamente excluyentes (ME) o no mutuamente excluyentes (NME):
- Lanzar un dado: “obtener un \(2\)” y “obtener un número impar”.
- Sacar una carta: “sacar un trébol” y “sacar un \(7\)”.
- Elegir un estudiante: “ser mujer” y “tener ojos azules”.
- Lanzar dos monedas: “obtener dos caras” y “obtener al menos un sello”.
-
“Obtener un \(2\)” y “obtener un número impar” son eventos mutuamente excluyentes, porque \(2\) no es impar.
-
“Sacar un trébol” y “sacar un \(7\)” son eventos no mutuamente excluyentes, porque existe el \(7\) de tréboles.
-
“Ser mujer” y “tener ojos azules” son eventos no mutuamente excluyentes, porque una persona puede cumplir ambas condiciones.
-
Al lanzar dos monedas, “obtener dos caras” corresponde a \(CC\). “Obtener al menos un sello” corresponde a \(CS\), \(SC\) o \(SS\). No hay resultados en común, por lo tanto son eventos mutuamente excluyentes.
Ejercicio 2
Si \(P(A)=0{,}4\), \(P(B)=0{,}5\), y \(A\) y \(B\) son mutuamente excluyentes, calcula:
- \(P(A\text{ o }B)\)
- \(P(A^c)\)
- \(P(B^c)\)
-
Como \(A\) y \(B\) son mutuamente excluyentes:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)=0{,}4+0{,}5=0{,}9 \]
-
Aplicando la regla del complemento:
\[ P(A^c)=1-P(A)=1-0{,}4=0{,}6 \]
-
Aplicando la regla del complemento:
\[ P(B^c)=1-P(B)=1-0{,}5=0{,}5 \]
Ejercicio 3
Si \(P(A)=0{,}6\), \(P(B)=0{,}3\), y \(P(A\cap B)=0{,}2\), calcula \(P(A\cup B)\).
Como conocemos la probabilidad de la intersección, usamos la regla general de la suma:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
Reemplazamos los datos:
\[ P(A\cup B)=0{,}6+0{,}3-0{,}2=0{,}7 \]
Por lo tanto:
\[ P(A\cup B)=0{,}7 \]
Ejercicios (Nivel Intermedio)
Ejercicio 4
Se lanza un dado de seis caras. Calcula la probabilidad de:
- Obtener un \(3\) o un \(4\).
- Obtener un número par o un número mayor que \(4\).
- No obtener un \(2\).
- Obtener un número que no sea ni \(5\) ni \(6\).
El espacio muestral del dado es:
\[ \Omega=\{1,2,3,4,5,6\} \]
-
Obtener \(3\) y obtener \(4\) son eventos mutuamente excluyentes.
\[ P(3\text{ o }4)=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}=\frac{2}{6}=\frac{1}{3} \]
-
Sea \(A\): “obtener par”, entonces \(A=\{2,4,6\}\). Sea \(B\): “obtener un número mayor que \(4\)”, entonces \(B=\{5,6\}\).
La intersección es \(A\cap B=\{6\}\), porque el \(6\) cumple ambas condiciones.
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
\[ P(A\cup B)=\frac{3}{6}+\frac{2}{6}-\frac{1}{6}=\frac{4}{6}=\frac{2}{3} \]
-
Usamos la regla del complemento:
\[ P(\text{no obtener }2)=1-P(2)=1-\frac{1}{6}=\frac{5}{6} \]
-
“No obtener ni \(5\) ni \(6\)” es el complemento de obtener \(5\) o \(6\).
\[ P(5\text{ o }6)=\frac{1}{6}+\frac{1}{6}=\frac{2}{6} \]
\[ P(\text{no }5\text{ y no }6)=1-\frac{2}{6}=\frac{4}{6}=\frac{2}{3} \]
Ejercicio 5
En una urna hay \(5\) bolas rojas, \(3\) bolas azules y \(2\) bolas blancas. Se extrae una bola al azar. Calcula la probabilidad de:
- Sacar una bola roja o blanca.
- No sacar una bola azul.
- Sacar una bola que no sea ni roja ni blanca.
Primero calculamos el total de bolas:
\[ 5+3+2=10 \]
-
Sacar una bola roja y sacar una bola blanca son eventos mutuamente excluyentes.
\[ P(\text{roja o blanca})=\frac{5}{10}+\frac{2}{10}=\frac{7}{10} \]
-
No sacar una bola azul es el complemento de sacar una bola azul.
\[ P(\text{no azul})=1-P(\text{azul})=1-\frac{3}{10}=\frac{7}{10} \]
-
Si la bola no es roja ni blanca, entonces debe ser azul.
\[ P(\text{no roja y no blanca})=P(\text{azul})=\frac{3}{10} \]
Problemas (Nivel Intermedio-Avanzado)
Problema 1
En un grupo de \(100\) personas, \(60\) leen el periódico A, \(40\) leen el periódico B y \(15\) leen ambos periódicos. Se elige una persona al azar. Calcula la probabilidad de que:
- Lea el periódico A o el periódico B.
- No lea ninguno de los dos periódicos.
- Lea solo el periódico A.
-
Sea \(A\) el evento “leer el periódico A” y \(B\) el evento “leer el periódico B”. Como \(15\) personas leen ambos periódicos:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
\[ P(A\cup B)=\frac{60}{100}+\frac{40}{100}-\frac{15}{100} \]
\[ P(A\cup B)=\frac{85}{100}=0{,}85 \]
-
No leer ninguno de los dos periódicos es el complemento de leer A o B.
\[ P((A\cup B)^c)=1-P(A\cup B)=1-0{,}85=0{,}15 \]
-
Para leer solo el periódico A, se debe restar a quienes leen ambos periódicos:
\[ P(\text{solo A})=P(A)-P(A\cap B) \]
\[ P(\text{solo A})=\frac{60}{100}-\frac{15}{100}=\frac{45}{100}=0{,}45 \]
Problema 2
Se tienen dos eventos \(A\) y \(B\), tales que \(P(A)=0{,}7\), \(P(B^c)=0{,}4\), y \(P(A\cup B)=0{,}8\). Calcula:
- \(P(B)\)
- \(P(A\cap B)\)
- \(P(A^c\cap B^c)\)
-
Como \(B^c\) es el complemento de \(B\):
\[ P(B)=1-P(B^c)=1-0{,}4=0{,}6 \]
-
Usamos la regla general de la suma:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
Reemplazamos:
\[ 0{,}8=0{,}7+0{,}6-P(A\cap B) \]
\[ 0{,}8=1{,}3-P(A\cap B) \]
\[ P(A\cap B)=1{,}3-0{,}8=0{,}5 \]
-
El evento \(A^c\cap B^c\) significa que no ocurre \(A\) ni ocurre \(B\). Es el complemento de \(A\cup B\).
\[ P(A^c\cap B^c)=P((A\cup B)^c)=1-P(A\cup B) \]
\[ P(A^c\cap B^c)=1-0{,}8=0{,}2 \]
Problema 3
Demuestra que, para cualquier evento \(A\), se cumple:
\[ P(A)+P(A^c)=1 \]
Usa un diagrama de Venn y la definición de probabilidad para justificar tu respuesta.
En un diagrama de Venn, el evento \(A\) se representa con un círculo dentro del espacio muestral \(\Omega\). El complemento \(A^c\) corresponde a toda la región de \(\Omega\) que queda fuera de \(A\).
Por definición, \(A\) y \(A^c\) no pueden ocurrir al mismo tiempo. Por lo tanto, son eventos mutuamente excluyentes.
Además, entre \(A\) y \(A^c\) cubren todo el espacio muestral \(\Omega\). Por eso:
\[ A\cup A^c=\Omega \]
Aplicando la regla de la suma para eventos mutuamente excluyentes:
\[ P(A\cup A^c)=P(A)+P(A^c) \]
Pero como \(A\cup A^c=\Omega\), se tiene:
\[ P(A\cup A^c)=P(\Omega)=1 \]
Por lo tanto:
\[ P(A)+P(A^c)=1 \]
Material de apoyo
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3. Probabilidad Condicional: Concepto y Cálculo
Probabilidad Condicional: Concepto y Cálculo
¿Qué es la Probabilidad Condicional?
Definición
La probabilidad condicional es la probabilidad de que ocurra un evento \(A\), dado que ya ha ocurrido otro evento \(B\). Es un recálculo de la probabilidad de \(A\), teniendo en cuenta la información de que \(B\) ha ocurrido.
Ejemplo intuitivo
Supongamos que hay una bolsa con \(5\) bolas: \(3\) rojas y \(2\) azules.
Antes de extraer una bola, la probabilidad de sacar una roja es:
\[ P(\text{roja})=\frac{3}{5} \]
Si ya se sacó una bola roja y no se devuelve a la bolsa, quedan \(4\) bolas en total, de las cuales \(2\) son rojas.
Entonces, la probabilidad de sacar otra roja, dado que ya se sacó una roja, es:
\[ P(\text{otra roja}\mid \text{ya salió roja})=\frac{2}{4}=\frac{1}{2} \]
La información adicional cambia la probabilidad.
Notación
Probabilidad de \(A\) dado \(B\)
La notación de probabilidad condicional es:
\[ P(A\mid B) \]
Se lee: “probabilidad de \(A\) dado \(B\)”.
Eventos Dependientes e Independientes
Eventos dependientes
Dos eventos son dependientes si la ocurrencia de uno afecta la probabilidad del otro.
Ejemplos:
- Sacar bolas sin reemplazo.
- El clima: “llueve hoy” y “llueve mañana”.
Eventos independientes
Dos eventos son independientes si la ocurrencia de uno no afecta la probabilidad del otro.
Ejemplos:
- Lanzar una moneda dos veces.
- Lanzar dos dados.
Cálculo de la Probabilidad Condicional
Fórmula
Si \(P(B)>0\), entonces:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
Donde:
- \(P(A\mid B)\): probabilidad de \(A\) dado \(B\).
- \(P(A\cap B)\): probabilidad de que ocurran ambos eventos.
- \(P(B)\): probabilidad del evento que ya se sabe que ocurrió.
Explicación intuitiva
Al calcular \(P(A\mid B)\), restringimos el espacio muestral al evento \(B\). Luego, dentro de ese nuevo espacio, calculamos la proporción de casos donde también ocurre \(A\).
Ejemplo paso a paso
En una clase, el \(60\%\) de los estudiantes son mujeres. Además, el \(42\%\) del total son mujeres con cabello largo.
Calcula la probabilidad de que una persona tenga cabello largo, dado que es mujer.
Definimos los eventos:
- \(A\): tener cabello largo.
- \(B\): ser mujer.
Los datos son:
\[ P(B)=0{,}6 \]
\[ P(A\cap B)=0{,}42 \]
Aplicamos la fórmula:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
\[ P(A\mid B)=\frac{0{,}42}{0{,}6}=0{,}7 \]
Por lo tanto:
\[ P(\text{cabello largo}\mid \text{mujer})=0{,}7=70\% \]
Caso Especial: Eventos Independientes
Condición de independencia
Si \(A\) y \(B\) son eventos independientes, entonces la ocurrencia de \(B\) no afecta la probabilidad de \(A\). Por eso:
\[ P(A\mid B)=P(A) \]
Además, si \(A\) y \(B\) son independientes, se cumple:
\[ P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B) \]
Relación con la fórmula condicional
Si \(A\) y \(B\) son independientes, entonces:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
Como \(P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B)\), se tiene:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A)\cdot P(B)}{P(B)}=P(A) \]
Ejercicios y Problemas
Ejercicios (Nivel Básico)
Ejercicio 1
Si \(P(A)=0{,}6\), \(P(B)=0{,}3\), y \(P(A\cap B)=0{,}1\), calcula:
- \(P(A\mid B)\)
- \(P(B\mid A)\)
- ¿Son \(A\) y \(B\) independientes?
-
Usamos la fórmula:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
\[ P(A\mid B)=\frac{0{,}1}{0{,}3}=\frac{1}{3} \]
-
Ahora calculamos \(P(B\mid A)\):
\[ P(B\mid A)=\frac{P(A\cap B)}{P(A)} \]
\[ P(B\mid A)=\frac{0{,}1}{0{,}6}=\frac{1}{6} \]
-
Para que \(A\) y \(B\) fueran independientes, debería cumplirse \(P(A\mid B)=P(A)\) o equivalentemente \(P(B\mid A)=P(B)\).
Pero:
\[ P(A\mid B)=\frac{1}{3}\neq 0{,}6=P(A) \]
Por lo tanto, \(A\) y \(B\) no son independientes.
Ejercicio 2
Se lanza un dado. Sean los eventos:
- \(A\): obtener un número par.
- \(B\): obtener un número menor que \(4\).
Calcula:
- \(P(A)\)
- \(P(B)\)
- \(P(A\cap B)\)
- \(P(A\mid B)\)
- \(P(B\mid A)\)
- ¿Son \(A\) y \(B\) independientes?
El espacio muestral es:
\[ \Omega=\{1,2,3,4,5,6\} \]
Los eventos son:
\[ A=\{2,4,6\} \]
\[ B=\{1,2,3\} \]
La intersección es:
\[ A\cap B=\{2\} \]
-
\[ P(A)=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \]
-
\[ P(B)=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} \]
-
\[ P(A\cap B)=\frac{1}{6} \]
-
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
\[ P(A\mid B)=\frac{\frac{1}{6}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{6}\cdot 2=\frac{1}{3} \]
-
\[ P(B\mid A)=\frac{P(A\cap B)}{P(A)} \]
\[ P(B\mid A)=\frac{\frac{1}{6}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{3} \]
-
Como \(P(A\mid B)=\frac{1}{3}\), pero \(P(A)=\frac{1}{2}\), entonces \(P(A\mid B)\neq P(A)\).
Por lo tanto, \(A\) y \(B\) no son independientes.
Ejercicio 3
Si \(A\) y \(B\) son eventos independientes, con \(P(A)=0{,}4\) y \(P(B)=0{,}6\), calcula \(P(A\cap B)\).
Si \(A\) y \(B\) son independientes, se cumple:
\[ P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B) \]
Reemplazamos los valores:
\[ P(A\cap B)=0{,}4\cdot 0{,}6=0{,}24 \]
Por lo tanto:
\[ P(A\cap B)=0{,}24 \]
Ejercicios (Nivel Intermedio)
Ejercicio 4
En una urna hay \(4\) bolas blancas y \(6\) bolas negras. Se extraen dos bolas sin reemplazo. Calcula la probabilidad de que:
- La primera bola sea blanca.
- La segunda bola sea negra, dado que la primera fue blanca.
- Ambas bolas sean blancas.
- La segunda bola sea blanca, dado que la primera fue negra.
Hay \(4+6=10\) bolas en total.
-
La probabilidad de que la primera bola sea blanca es:
\[ P(\text{primera blanca})=\frac{4}{10}=\frac{2}{5} \]
-
Si la primera bola fue blanca, quedan \(9\) bolas en total: \(3\) blancas y \(6\) negras.
\[ P(\text{segunda negra}\mid \text{primera blanca})=\frac{6}{9}=\frac{2}{3} \]
-
Para que ambas sean blancas:
\[ P(\text{ambas blancas})=P(\text{primera blanca})\cdot P(\text{segunda blanca}\mid \text{primera blanca}) \]
\[ P(\text{ambas blancas})=\frac{4}{10}\cdot \frac{3}{9} \]
\[ P(\text{ambas blancas})=\frac{12}{90}=\frac{2}{15} \]
-
Si la primera bola fue negra, quedan \(9\) bolas en total: \(4\) blancas y \(5\) negras.
\[ P(\text{segunda blanca}\mid \text{primera negra})=\frac{4}{9} \]
Ejercicio 5
Se lanza un dado dos veces. Calcula la probabilidad de:
- Obtener un \(5\) en el primer lanzamiento.
- Obtener un \(3\) en el segundo lanzamiento, dado que se obtuvo un \(5\) en el primero.
- Obtener un \(5\) en el primer lanzamiento y un \(3\) en el segundo.
- Obtener un \(5\) y un \(3\), en cualquier orden.
-
En un dado hay \(6\) resultados posibles y solo uno de ellos es \(5\).
\[ P(5\text{ en el primero})=\frac{1}{6} \]
-
Los lanzamientos de un dado son independientes. Por lo tanto, lo ocurrido en el primer lanzamiento no cambia la probabilidad del segundo.
\[ P(3\text{ en el segundo}\mid 5\text{ en el primero})=\frac{1}{6} \]
-
Como los lanzamientos son independientes:
\[ P(5\text{ primero y }3\text{ segundo})=\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{6}=\frac{1}{36} \]
-
Obtener un \(5\) y un \(3\), en cualquier orden, puede ocurrir de dos maneras:
- Primero \(5\) y después \(3\).
- Primero \(3\) y después \(5\).
Entonces:
\[ P=\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{6}+\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{6} \]
\[ P=\frac{1}{36}+\frac{1}{36}=\frac{2}{36}=\frac{1}{18} \]
Problemas (Nivel Intermedio-Avanzado)
Problema 1
Una fábrica tiene dos máquinas, A y B, que producen el mismo tipo de pieza. La máquina A produce el \(60\%\) de las piezas y la máquina B el \(40\%\). El \(5\%\) de las piezas producidas por A son defectuosas, y el \(2\%\) de las producidas por B son defectuosas. Se elige una pieza al azar.
- Calcula la probabilidad de que la pieza sea defectuosa.
- Si la pieza elegida es defectuosa, ¿cuál es la probabilidad de que haya sido producida por la máquina A?
- Si la pieza elegida no es defectuosa, ¿cuál es la probabilidad de que haya sido producida por la máquina B?
Definimos los eventos:
- \(A\): la pieza fue producida por la máquina A.
- \(B\): la pieza fue producida por la máquina B.
- \(D\): la pieza es defectuosa.
Los datos son:
\[ P(A)=0{,}6,\qquad P(B)=0{,}4 \]
\[ P(D\mid A)=0{,}05,\qquad P(D\mid B)=0{,}02 \]
-
La pieza defectuosa puede venir de la máquina A o de la máquina B:
\[ P(D)=P(D\cap A)+P(D\cap B) \]
\[ P(D)=P(D\mid A)P(A)+P(D\mid B)P(B) \]
\[ P(D)=0{,}05\cdot 0{,}6+0{,}02\cdot 0{,}4 \]
\[ P(D)=0{,}03+0{,}008=0{,}038 \]
La probabilidad de que la pieza sea defectuosa es \(0{,}038\), es decir, \(3{,}8\%\).
-
Se pide \(P(A\mid D)\). Usamos la fórmula de probabilidad condicional:
\[ P(A\mid D)=\frac{P(A\cap D)}{P(D)} \]
Como:
\[ P(A\cap D)=P(D\mid A)P(A)=0{,}05\cdot 0{,}6=0{,}03 \]
Entonces:
\[ P(A\mid D)=\frac{0{,}03}{0{,}038}\approx 0{,}7895 \]
La probabilidad es aproximadamente \(78{,}95\%\).
-
Se pide \(P(B\mid D^c)\), donde \(D^c\) significa “no defectuosa”.
Primero calculamos:
\[ P(D^c)=1-P(D)=1-0{,}038=0{,}962 \]
También:
\[ P(D^c\mid B)=1-P(D\mid B)=1-0{,}02=0{,}98 \]
Entonces:
\[ P(B\cap D^c)=P(D^c\mid B)P(B)=0{,}98\cdot 0{,}4=0{,}392 \]
Aplicamos probabilidad condicional:
\[ P(B\mid D^c)=\frac{P(B\cap D^c)}{P(D^c)} \]
\[ P(B\mid D^c)=\frac{0{,}392}{0{,}962}\approx 0{,}4075 \]
La probabilidad es aproximadamente \(40{,}75\%\).
Problema 2
Se tienen tres monedas. La primera moneda es normal, es decir, tiene una cara y un sello. La segunda moneda tiene dos caras. La tercera moneda está trucada de tal manera que la probabilidad de obtener cara es \(\frac{1}{3}\). Se elige una moneda al azar y se lanza.
- Calcula la probabilidad de obtener cara.
- Si el resultado del lanzamiento fue cara, ¿cuál es la probabilidad de que se haya elegido la moneda normal?
Definimos los eventos:
- \(M_1\): elegir la moneda normal.
- \(M_2\): elegir la moneda con dos caras.
- \(M_3\): elegir la moneda trucada.
- \(C\): obtener cara.
Como se elige una moneda al azar:
\[ P(M_1)=P(M_2)=P(M_3)=\frac{1}{3} \]
Además:
\[ P(C\mid M_1)=\frac{1}{2},\qquad P(C\mid M_2)=1,\qquad P(C\mid M_3)=\frac{1}{3} \]
-
Calculamos la probabilidad total de obtener cara:
\[ P(C)=P(C\mid M_1)P(M_1)+P(C\mid M_2)P(M_2)+P(C\mid M_3)P(M_3) \]
\[ P(C)=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{3}+1\cdot \frac{1}{3}+\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{3} \]
\[ P(C)=\frac{1}{6}+\frac{1}{3}+\frac{1}{9} \]
Usamos denominador común \(18\):
\[ P(C)=\frac{3}{18}+\frac{6}{18}+\frac{2}{18}=\frac{11}{18} \]
-
Se pide \(P(M_1\mid C)\), es decir, la probabilidad de que la moneda haya sido la normal, sabiendo que salió cara.
\[ P(M_1\mid C)=\frac{P(M_1\cap C)}{P(C)} \]
Calculamos:
\[ P(M_1\cap C)=P(C\mid M_1)P(M_1)=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{3}=\frac{1}{6} \]
Entonces:
\[ P(M_1\mid C)=\frac{\frac{1}{6}}{\frac{11}{18}} \]
\[ P(M_1\mid C)=\frac{1}{6}\cdot \frac{18}{11}=\frac{3}{11} \]
Problema 3
Demuestra que si \(A\) y \(B\) son eventos independientes, entonces \(A^c\) y \(B^c\) también son independientes.
Debemos demostrar que:
\[ P(A^c\cap B^c)=P(A^c)\cdot P(B^c) \]
Como \(A^c\cap B^c\) significa que no ocurre \(A\) ni ocurre \(B\), podemos escribir:
\[ A^c\cap B^c=(A\cup B)^c \]
Por lo tanto:
\[ P(A^c\cap B^c)=P((A\cup B)^c) \]
Usamos la regla del complemento:
\[ P((A\cup B)^c)=1-P(A\cup B) \]
Aplicamos la regla general de la suma:
\[ P(A\cup B)=P(A)+P(B)-P(A\cap B) \]
Entonces:
\[ P(A^c\cap B^c)=1-[P(A)+P(B)-P(A\cap B)] \]
Como \(A\) y \(B\) son independientes:
\[ P(A\cap B)=P(A)\cdot P(B) \]
Reemplazamos:
\[ P(A^c\cap B^c)=1-P(A)-P(B)+P(A)P(B) \]
Factorizamos:
\[ P(A^c\cap B^c)=(1-P(A))(1-P(B)) \]
Por la regla del complemento:
\[ 1-P(A)=P(A^c) \]
y
\[ 1-P(B)=P(B^c) \]
Por lo tanto:
\[ P(A^c\cap B^c)=P(A^c)\cdot P(B^c) \]
Esto demuestra que \(A^c\) y \(B^c\) también son independientes.
Material de apoyo
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4. Tablas de Doble Entrada y Diagramas de Árbol
Tablas de Doble Entrada y Diagramas de Árbol
Repaso: Probabilidad Condicional
Recordemos
La probabilidad condicional se calcula mediante:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
Se interpreta como la probabilidad de que ocurra \(A\), dado que \(B\) ya ocurrió. Para usar esta fórmula debe cumplirse que \(P(B)>0\).
Tablas de Doble Entrada (Tablas de Contingencia)
¿Qué son?
Las tablas de doble entrada, también llamadas tablas de contingencia, organizan información sobre dos variables categóricas o eventos al mismo tiempo. Muestran las frecuencias o probabilidades de las distintas combinaciones posibles entre esas variables.
Estructura
Una tabla de doble entrada típica tiene:
- Filas: representan las categorías de una variable o los posibles resultados de un evento.
- Columnas: representan las categorías de la otra variable o los posibles resultados de otro evento.
- Celdas internas: contienen la frecuencia o probabilidad de la intersección entre categorías.
- Márgenes: corresponden a los totales de filas y columnas, también llamados frecuencias o probabilidades marginales.
Ejemplo: encuesta sobre hábito de lectura y género
Se encuesta a \(100\) personas sobre su género y si leen regularmente:
| Lee regularmente \((L)\) | No lee regularmente \((L^c)\) | Total | |
|---|---|---|---|
| Hombre \((H)\) | 20 | 30 | 50 |
| Mujer \((M)\) | 35 | 15 | 50 |
| Total | 55 | 45 | 100 |
Cálculo de probabilidades a partir de una tabla
- Probabilidades conjuntas: se encuentran en las celdas internas de la tabla. Por ejemplo: \[ P(H\cap L)=\frac{20}{100}=0{,}2 \]
- Probabilidades marginales: se calculan usando los totales de filas o columnas. Por ejemplo: \[ P(H)=\frac{50}{100}=0{,}5 \] \[ P(L)=\frac{55}{100}=0{,}55 \]
- Probabilidades condicionales: se calculan usando la fórmula de probabilidad condicional. Por ejemplo: \[ P(L\mid H)=\frac{P(L\cap H)}{P(H)}=\frac{\frac{20}{100}}{\frac{50}{100}}=\frac{20}{50}=0{,}4 \]
Diagramas de Árbol
¿Qué son?
Los diagramas de árbol son representaciones que muestran los posibles resultados de una secuencia de eventos, junto con sus probabilidades. Son especialmente útiles para visualizar experimentos que ocurren en etapas.
Estructura
- Nodo inicial: representa el punto de partida.
- Ramas: representan los posibles resultados de cada etapa.
- Probabilidades en las ramas: indican la probabilidad asociada a cada resultado.
- Nodos finales: representan los resultados finales de la secuencia.
Ejemplo: lanzar una moneda dos veces
Al lanzar una moneda dos veces, cada lanzamiento puede resultar en cara \((C)\) o sello \((S)\).
Los resultados finales son:
\[ CC,\ CS,\ SC,\ SS \]
Cada resultado final tiene probabilidad:
\[ \frac{1}{2}\cdot \frac{1}{2}=\frac{1}{4} \]
Cálculo de probabilidades con diagramas de árbol
- Regla del producto: para calcular la probabilidad de una secuencia específica, se multiplican las probabilidades de las ramas del camino.
- Probabilidad total: para calcular la probabilidad de un evento que puede ocurrir por varios caminos, se suman las probabilidades de esos caminos.
Ejemplo de cálculo con árbol
Usando el experimento de lanzar una moneda dos veces:
La probabilidad de obtener dos caras es:
\[ P(CC)=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{2}=\frac{1}{4} \]
La probabilidad de obtener exactamente una cara es:
\[ P(CS)+P(SC)=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{2}+\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{2} \]
\[ P(\text{exactamente una cara})=\frac{1}{4}+\frac{1}{4}=\frac{1}{2} \]
Comparación: Tablas vs. Árboles
Comparación
- Tablas de doble entrada: son útiles para mostrar todas las combinaciones posibles entre dos eventos o variables, junto con sus frecuencias o probabilidades conjuntas. También permiten calcular probabilidades marginales fácilmente.
- Limitación de las tablas: se vuelven difíciles de manejar cuando hay más de dos eventos.
- Diagramas de árbol: son útiles para visualizar secuencias de eventos y calcular probabilidades en etapas.
- Limitación de los árboles: pueden volverse muy grandes si hay muchos eventos o muchos resultados posibles en cada etapa.
Ejercicios y Problemas
Ejercicio 1
Completa la siguiente tabla de doble entrada sobre la preferencia de color, rojo o azul, y el género, hombre o mujer, de un grupo de personas:
| Rojo | Azul | Total | |
|---|---|---|---|
| Hombre | 40 | ||
| Mujer | 30 | ||
| Total | 50 | 100 |
Como el total de personas que prefieren rojo es \(50\), y \(30\) mujeres prefieren rojo, entonces:
\[ 50-30=20 \]
Por lo tanto, \(20\) hombres prefieren rojo.
Como hay \(100\) personas en total y \(50\) prefieren rojo, entonces:
\[ 100-50=50 \]
Por lo tanto, \(50\) personas prefieren azul.
Como \(40\) hombres prefieren azul, el total de hombres es:
\[ 20+40=60 \]
Como hay \(100\) personas en total, el total de mujeres es:
\[ 100-60=40 \]
Finalmente, si hay \(40\) mujeres en total y \(30\) prefieren rojo, entonces:
\[ 40-30=10 \]
Por lo tanto, \(10\) mujeres prefieren azul.
| Rojo | Azul | Total | |
|---|---|---|---|
| Hombre | 20 | 40 | 60 |
| Mujer | 30 | 10 | 40 |
| Total | 50 | 50 | 100 |
Ejercicio 2
Usando la tabla completa del Ejercicio 1, calcula:
- \(P(\text{Hombre})\)
- \(P(\text{Rojo})\)
- \(P(\text{Hombre}\cap \text{Rojo})\)
- \(P(\text{Hombre}\mid \text{Rojo})\)
- \(P(\text{Rojo}\mid \text{Mujer})\)
La tabla completa es:
| Rojo | Azul | Total | |
|---|---|---|---|
| Hombre | 20 | 40 | 60 |
| Mujer | 30 | 10 | 40 |
| Total | 50 | 50 | 100 |
-
Hay \(60\) hombres de \(100\) personas:
\[ P(\text{Hombre})=\frac{60}{100}=0{,}6 \]
-
Hay \(50\) personas que prefieren rojo:
\[ P(\text{Rojo})=\frac{50}{100}=0{,}5 \]
-
Hay \(20\) hombres que prefieren rojo:
\[ P(\text{Hombre}\cap \text{Rojo})=\frac{20}{100}=0{,}2 \]
-
Calculamos la probabilidad de que sea hombre, dado que prefiere rojo:
\[ P(\text{Hombre}\mid \text{Rojo})=\frac{P(\text{Hombre}\cap \text{Rojo})}{P(\text{Rojo})} \]
\[ P(\text{Hombre}\mid \text{Rojo})=\frac{0{,}2}{0{,}5}=0{,}4 \]
-
Hay \(30\) mujeres que prefieren rojo, de un total de \(40\) mujeres:
\[ P(\text{Rojo}\mid \text{Mujer})=\frac{30}{40}=0{,}75 \]
Ejercicio 3
Dibuja un diagrama de árbol para representar el experimento de lanzar un dado de seis caras y luego lanzar una moneda. Calcula la probabilidad de obtener un número par en el dado y cara en la moneda.
El siguiente diagrama de árbol representa primero el resultado del dado y luego el resultado de la moneda:
Los números pares del dado son \(2\), \(4\) y \(6\). Además, la probabilidad de cara en la moneda es \(\frac{1}{2}\).
Entonces:
\[ P(\text{par y cara})=P(2\text{ y cara})+P(4\text{ y cara})+P(6\text{ y cara}) \]
\[ P(\text{par y cara})=\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{2}+\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{2}+\frac{1}{6}\cdot \frac{1}{2} \]
\[ P(\text{par y cara})=\frac{1}{12}+\frac{1}{12}+\frac{1}{12}=\frac{3}{12}=\frac{1}{4} \]
Problema 1
Una empresa realiza una encuesta sobre la satisfacción de sus clientes con dos productos, A y B. Los resultados se muestran en la siguiente tabla:
| Satisfecho \((S)\) | No satisfecho \((S^c)\) | Total | |
|---|---|---|---|
| Producto A | 120 | 30 | 150 |
| Producto B | 180 | 70 | 250 |
| Total | 300 | 100 | 400 |
- Calcula la probabilidad de que un cliente elegido al azar esté satisfecho.
- Calcula la probabilidad de que un cliente haya comprado el Producto A, dado que está satisfecho.
- Calcula la probabilidad de que un cliente esté satisfecho, dado que compró el Producto B.
- ¿Son los eventos “comprar el Producto A” y “estar satisfecho” independientes? Justifica tu respuesta.
-
Hay \(300\) clientes satisfechos de un total de \(400\):
\[ P(S)=\frac{300}{400}=0{,}75 \]
-
Queremos calcular \(P(A\mid S)\). De la tabla, \(120\) clientes compraron el Producto A y están satisfechos, y \(300\) clientes están satisfechos en total.
\[ P(A\mid S)=\frac{120}{300}=0{,}4 \]
-
Queremos calcular \(P(S\mid B)\). De la tabla, \(180\) clientes compraron el Producto B y están satisfechos, y \(250\) compraron el Producto B en total.
\[ P(S\mid B)=\frac{180}{250}=0{,}72 \]
-
Para que los eventos “comprar el Producto A” y “estar satisfecho” fueran independientes, debería cumplirse:
\[ P(A\mid S)=P(A) \]
Ya calculamos:
\[ P(A\mid S)=0{,}4 \]
Ahora calculamos:
\[ P(A)=\frac{150}{400}=0{,}375 \]
Como:
\[ 0{,}4\neq 0{,}375 \]
los eventos no son independientes.
Problema 2
Se tienen dos urnas. La Urna 1 contiene \(2\) bolas rojas y \(3\) bolas azules. La Urna 2 contiene \(4\) bolas rojas y \(1\) bola azul. Se elige una urna al azar y se extrae una bola.
- Dibuja un diagrama de árbol para representar este experimento.
- Calcula la probabilidad de que la bola extraída sea roja.
- Si la bola extraída es roja, ¿cuál es la probabilidad de que provenga de la Urna 1?
-
El diagrama de árbol tiene dos etapas: primero se elige la urna y luego se extrae una bola.
-
La bola roja puede provenir de la Urna 1 o de la Urna 2. Entonces:
\[ P(\text{roja})=P(U_1)P(\text{roja}\mid U_1)+P(U_2)P(\text{roja}\mid U_2) \]
\[ P(\text{roja})=\frac{1}{2}\cdot \frac{2}{5}+\frac{1}{2}\cdot \frac{4}{5} \]
\[ P(\text{roja})=\frac{1}{5}+\frac{2}{5}=\frac{3}{5} \]
-
Se pide la probabilidad de que la bola provenga de la Urna 1, dado que fue roja:
\[ P(U_1\mid \text{roja})=\frac{P(U_1\cap \text{roja})}{P(\text{roja})} \]
Sabemos que:
\[ P(U_1\cap \text{roja})=\frac{1}{2}\cdot \frac{2}{5}=\frac{1}{5} \]
y que:
\[ P(\text{roja})=\frac{3}{5} \]
Entonces:
\[ P(U_1\mid \text{roja})=\frac{\frac{1}{5}}{\frac{3}{5}}=\frac{1}{3} \]
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5. Toma de Decisiones con Probabilidad Condicional
Toma de Decisiones con Probabilidad Condicional
Repaso: Probabilidad Condicional
Recordemos
La probabilidad condicional se calcula mediante:
\[ P(A\mid B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)} \]
Se interpreta como la probabilidad de que ocurra \(A\), dado que \(B\) ya ocurrió. La información sobre \(B\) modifica la probabilidad de \(A\).
Aplicaciones en la Toma de Decisiones
Idea principal
La probabilidad condicional es una herramienta fundamental para tomar decisiones informadas en situaciones de incertidumbre. Permite evaluar riesgos y beneficios, y elegir la opción más favorable o menos riesgosa según la información disponible.
Ejemplo 1: Pruebas Médicas (Diagnóstico)
Contexto
Este es un ejemplo clásico de aplicación de la probabilidad condicional.
- Sensibilidad: probabilidad de que la prueba dé positivo si la persona tiene la enfermedad.
- Especificidad: probabilidad de que la prueba dé negativo si la persona no tiene la enfermedad.
- Prevalencia: proporción de personas de la población que tienen la enfermedad.
Ejemplo numérico: prueba médica
Consideremos una enfermedad \(X\) y una prueba cuyo resultado puede ser positivo \((T)\) o negativo \((T^c)\).
- Prevalencia de la enfermedad: \(P(X)=0{,}01\).
- Sensibilidad de la prueba: \(P(T\mid X)=0{,}95\).
- Especificidad de la prueba: \(P(T^c\mid X^c)=0{,}90\).
La pregunta clave es:
\[ P(X\mid T) \]
Es decir, si una persona da positivo en la prueba, ¿cuál es la probabilidad de que realmente tenga la enfermedad?
Primero calculamos las probabilidades conjuntas:
\[ P(X\cap T)=P(T\mid X)\cdot P(X)=0{,}95\cdot 0{,}01=0{,}0095 \]
También:
\[ P(X^c)=1-P(X)=1-0{,}01=0{,}99 \]
Como la especificidad es \(P(T^c\mid X^c)=0{,}90\), entonces:
\[ P(T\mid X^c)=1-P(T^c\mid X^c)=1-0{,}90=0{,}10 \]
Por lo tanto:
\[ P(X^c\cap T)=P(T\mid X^c)\cdot P(X^c)=0{,}10\cdot 0{,}99=0{,}099 \]
Ahora calculamos la probabilidad total de obtener un resultado positivo:
\[ P(T)=P(X\cap T)+P(X^c\cap T) \]
\[ P(T)=0{,}0095+0{,}099=0{,}1085 \]
Finalmente, aplicamos probabilidad condicional:
\[ P(X\mid T)=\frac{P(X\cap T)}{P(T)} \]
\[ P(X\mid T)=\frac{0{,}0095}{0{,}1085}\approx 0{,}0876 \]
Resultado:
\[ P(X\mid T)\approx 0{,}0876=8{,}76\% \]
Interpretación fundamental
Aunque la prueba tiene alta sensibilidad y especificidad, la probabilidad de realmente tener la enfermedad dado un resultado positivo es aproximadamente \(8{,}76\%\). Esto ocurre porque la enfermedad es poco frecuente en la población.
Un resultado positivo no significa automáticamente que la persona tiene la enfermedad. La interpretación depende de la sensibilidad, la especificidad y la prevalencia.
Ejemplo 2: Seguros
Aplicación en seguros
Las compañías de seguros usan la probabilidad condicional para evaluar riesgos y establecer primas.
Por ejemplo, sean los eventos:
- \(A\): tener un accidente automovilístico en un año.
- \(B\): ser un conductor joven, menor de \(25\) años.
Si se sabe que:
\[ P(A\mid B)>P(A) \]
entonces ser conductor joven aumenta la probabilidad de accidente en comparación con la población general. Por eso, las primas de seguro para conductores jóvenes suelen ser más altas.
Ejemplo 3: Marketing y Publicidad
Aplicación en marketing
Las empresas usan la probabilidad condicional para segmentar clientes y dirigir campañas de manera más efectiva.
Por ejemplo, sean los eventos:
- \(A\): comprar un producto.
- \(B\): haber hecho clic en un anuncio online.
Si \(P(A\mid B)\) es alta, significa que la probabilidad de comprar aumenta entre quienes hicieron clic en el anuncio. Esa información puede ayudar a decidir si conviene invertir más en ese tipo de publicidad.
Introducción al Valor Esperado
Concepto intuitivo
El valor esperado es una especie de promedio ponderado de los posibles resultados de un evento incierto, donde cada resultado se pondera según su probabilidad.
Ejemplo simple de valor esperado
Se lanza un dado. Si sale \(6\), se ganan \(\$10\). Si sale cualquier otro número, se pierde \(\$1\).
Las probabilidades son:
\[ P(6)=\frac{1}{6} \qquad P(\text{no }6)=\frac{5}{6} \]
El valor esperado se calcula como:
\[ VE=(\text{ganancia si sale }6)\cdot P(6)+(\text{pérdida si no sale }6)\cdot P(\text{no }6) \]
\[ VE=10\cdot \frac{1}{6}+(-1)\cdot \frac{5}{6} \]
\[ VE=\frac{10}{6}-\frac{5}{6}=\frac{5}{6}\approx 0{,}83 \]
Si se jugara muchas veces, se esperaría ganar en promedio aproximadamente \(\$0{,}83\) por juego.
Atención
El valor esperado no necesariamente es un resultado posible en un solo intento. En el ejemplo anterior, no se puede ganar exactamente \(\$0{,}83\) en un lanzamiento. Es una interpretación de promedio a largo plazo.
Ejercicios y Problemas
Ejercicio 1
Retomando el ejemplo de la prueba médica, supón que la prevalencia de la enfermedad es del \(10\%\), es decir, \(P(X)=0{,}1\). La sensibilidad y especificidad de la prueba se mantienen igual:
\[ P(T\mid X)=0{,}95 \]
\[ P(T^c\mid X^c)=0{,}90 \]
Calcula \(P(X\mid T)\), la probabilidad de tener la enfermedad dado un resultado positivo, y compara el resultado con el del ejemplo original. ¿Qué conclusión puedes sacar?
Primero calculamos la probabilidad de tener la enfermedad y dar positivo:
\[ P(X\cap T)=P(T\mid X)\cdot P(X)=0{,}95\cdot 0{,}1=0{,}095 \]
Ahora calculamos el complemento de \(X\):
\[ P(X^c)=1-P(X)=1-0{,}1=0{,}9 \]
Como:
\[ P(T^c\mid X^c)=0{,}90 \]
entonces:
\[ P(T\mid X^c)=1-P(T^c\mid X^c)=1-0{,}90=0{,}10 \]
Por lo tanto:
\[ P(X^c\cap T)=P(T\mid X^c)\cdot P(X^c)=0{,}10\cdot 0{,}9=0{,}09 \]
Calculamos la probabilidad total de obtener positivo:
\[ P(T)=P(X\cap T)+P(X^c\cap T) \]
\[ P(T)=0{,}095+0{,}09=0{,}185 \]
Finalmente:
\[ P(X\mid T)=\frac{P(X\cap T)}{P(T)} \]
\[ P(X\mid T)=\frac{0{,}095}{0{,}185}\approx 0{,}5135 \]
Entonces:
\[ P(X\mid T)\approx 51{,}35\% \]
Conclusión: al aumentar la prevalencia de la enfermedad del \(1\%\) al \(10\%\), la probabilidad de tener la enfermedad dado un resultado positivo aumenta considerablemente, desde aproximadamente \(8{,}76\%\) hasta aproximadamente \(51{,}35\%\). Esto muestra la importancia de la prevalencia al interpretar pruebas diagnósticas.
Problema 1
Una compañía de seguros clasifica a sus clientes en dos grupos: de alto riesgo y de bajo riesgo. El \(30\%\) de los clientes son de alto riesgo. La probabilidad de que un cliente de alto riesgo tenga un accidente en un año es \(0{,}1\), mientras que la probabilidad de que un cliente de bajo riesgo tenga un accidente es \(0{,}02\).
- Si un cliente no tuvo un accidente el año pasado, ¿cuál es la probabilidad de que sea de alto riesgo?
- Si un cliente sí tuvo un accidente el año pasado, ¿cuál es la probabilidad de que sea de bajo riesgo?
Definimos los eventos:
- \(A\): cliente de alto riesgo.
- \(B\): cliente de bajo riesgo.
- \(C\): tener un accidente.
Los datos son:
\[ P(A)=0{,}3 \qquad P(B)=0{,}7 \]
\[ P(C\mid A)=0{,}1 \qquad P(C\mid B)=0{,}02 \]
Primero calculamos la probabilidad total de tener un accidente:
\[ P(C)=P(C\mid A)P(A)+P(C\mid B)P(B) \]
\[ P(C)=0{,}1\cdot 0{,}3+0{,}02\cdot 0{,}7 \]
\[ P(C)=0{,}03+0{,}014=0{,}044 \]
Entonces:
\[ P(C^c)=1-P(C)=1-0{,}044=0{,}956 \]
-
Se pide \(P(A\mid C^c)\). Calculamos:
\[ P(C^c\mid A)=1-P(C\mid A)=1-0{,}1=0{,}9 \]
Luego:
\[ P(A\cap C^c)=P(C^c\mid A)P(A)=0{,}9\cdot 0{,}3=0{,}27 \]
Aplicamos probabilidad condicional:
\[ P(A\mid C^c)=\frac{P(A\cap C^c)}{P(C^c)} \]
\[ P(A\mid C^c)=\frac{0{,}27}{0{,}956}\approx 0{,}2824 \]
La probabilidad es aproximadamente \(28{,}24\%\).
-
Se pide \(P(B\mid C)\). Calculamos:
\[ P(B\cap C)=P(C\mid B)P(B)=0{,}02\cdot 0{,}7=0{,}014 \]
Entonces:
\[ P(B\mid C)=\frac{P(B\cap C)}{P(C)} \]
\[ P(B\mid C)=\frac{0{,}014}{0{,}044}\approx 0{,}3182 \]
La probabilidad es aproximadamente \(31{,}82\%\).
Problema 2
Adaptación del problema de Monty Hall:
Estás en un concurso. Hay tres puertas: detrás de una hay un coche y detrás de las otras dos hay cabras. Eliges una puerta, por ejemplo la Puerta 1. El presentador, que sabe dónde está el coche, abre una de las otras dos puertas y muestra una cabra, por ejemplo la Puerta 3. Luego te ofrece cambiar tu elección a la puerta restante, la Puerta 2, o mantener tu elección original.
¿Qué deberías hacer? ¿Cambiar de puerta aumenta tu probabilidad de ganar el coche? Justifica tu respuesta usando probabilidad condicional.
La respuesta correcta es que conviene cambiar de puerta. Cambiar aumenta la probabilidad de ganar de \(\frac{1}{3}\) a \(\frac{2}{3}\).
Inicialmente, la probabilidad de elegir la puerta correcta es:
\[ \frac{1}{3} \]
y la probabilidad de elegir una puerta incorrecta es:
\[ \frac{2}{3} \]
Cuando el presentador abre una puerta con una cabra, no lo hace al azar sin información: él sabe dónde está el coche. Por eso, su acción entrega información.
- Si al comienzo elegiste la puerta correcta, lo que ocurre con probabilidad \(\frac{1}{3}\), cambiar te hace perder.
- Si al comienzo elegiste una puerta incorrecta, lo que ocurre con probabilidad \(\frac{2}{3}\), cambiar te hace ganar.
Por lo tanto:
\[ P(\text{ganar si mantienes})=\frac{1}{3} \]
\[ P(\text{ganar si cambias})=\frac{2}{3} \]
Así, cambiar de puerta aumenta la probabilidad de ganar el coche.
Una formalización condicional puede hacerse así. Sea:
- \(C_i\): el coche está detrás de la puerta \(i\).
- \(A\): el presentador abre la Puerta 3 y muestra una cabra.
Si elegiste inicialmente la Puerta 1, entonces:
\[ P(C_1)=P(C_2)=P(C_3)=\frac{1}{3} \]
Además:
\[ P(A\mid C_1)=\frac{1}{2} \]
\[ P(A\mid C_2)=1 \]
\[ P(A\mid C_3)=0 \]
Calculamos \(P(A)\):
\[ P(A)=P(A\mid C_1)P(C_1)+P(A\mid C_2)P(C_2)+P(A\mid C_3)P(C_3) \]
\[ P(A)=\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{3}+1\cdot \frac{1}{3}+0\cdot \frac{1}{3} \]
\[ P(A)=\frac{1}{6}+\frac{1}{3}=\frac{1}{2} \]
Luego:
\[ P(C_1\mid A)=\frac{P(A\mid C_1)P(C_1)}{P(A)} \]
\[ P(C_1\mid A)=\frac{\frac{1}{2}\cdot \frac{1}{3}}{\frac{1}{2}}=\frac{1}{3} \]
Y:
\[ P(C_2\mid A)=\frac{P(A\mid C_2)P(C_2)}{P(A)} \]
\[ P(C_2\mid A)=\frac{1\cdot \frac{1}{3}}{\frac{1}{2}}=\frac{2}{3} \]
Por lo tanto, la probabilidad de ganar si cambias es \(\frac{2}{3}\), mientras que la probabilidad de ganar si mantienes la elección original es \(\frac{1}{3}\).
Material de apoyo
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6. Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 1) - Probabilidad
Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 1)
Subunidad 2: Probabilidad Condicional y Toma de Decisiones
Instrucciones
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Ejercicio 1
Si lanzas una moneda justa, ¿cuál es la probabilidad de obtener cara?
0 0 , 2 5 0 , 5 0 , 7 5 1
Respuesta correcta: c)
Al lanzar una moneda justa hay dos resultados posibles: cara o sello. Solo uno de ellos es favorable.
Ejercicio 2
Si lanzas un dado de seis caras, ¿cuál es la probabilidad de obtener un número par?
1 6 1 3 1 2 2 3 1
Respuesta correcta: c)
Los números pares del dado son
Ejercicio 3
Si
0 , 1 2 0 , 7 0 , 1 0 1
Respuesta correcta: b)
Si
Ejercicio 4
Si
0 0 , 4 0 , 6 1 - No se puede calcular.
Respuesta correcta: b)
Ejercicio 5
Si
1 , 2 0 , 9 0 , 8 0 , 2 0 , 3 5
Respuesta correcta: b)
Ejercicio 6
Si
0 , 1 0 , 9 0 , 3 1 , 2 1 , 1
Respuesta correcta: c)
Como:
entonces:
7. Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 2) - Probabilidad
Ejercicios de Selección Múltiple (Parte 2)
Subunidad 2: Probabilidad Condicional y Toma de Decisiones
Instrucciones
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Ejercicio 16
Se tiene la siguiente tabla de doble entrada sobre el género y el uso de lentes en un grupo:
| Usa lentes |
No usa lentes |
Total | |
|---|---|---|---|
| Hombre |
15 | 35 | 50 |
| Mujer |
25 | 25 | 50 |
| Total | 40 | 60 | 100 |
Calcula
0 , 1 5 0 , 3 7 5 0 , 5 0 , 6 0 , 7 5
Respuesta correcta: b)
Se pide la probabilidad de que sea hombre, dado que usa lentes:
De la tabla, hay
Ejercicio 17
Usando la misma tabla del Ejercicio 16, calcula
0 , 2 5 0 , 4 0 , 5 0 , 6 0 , 7 5
Respuesta correcta: c)
Se pide la probabilidad de que use lentes, dado que es mujer:
De la tabla,
Ejercicio 18
Se extraen dos cartas sin reemplazo de una baraja estándar de
1 1 3 1 1 6 9 1 2 2 1 4 5 2 1 4
Respuesta correcta: c)
En una baraja de
La probabilidad de que la primera carta sea rey es:
Como no hay reemplazo, si la primera carta fue rey, quedan
Ejercicio 19
Se lanzan
1 2 1 3 1 4 1 8 1 9
Respuesta correcta: d)
En cada moneda, la probabilidad de obtener cara es
Ejercicio 20
Si se tienen dos eventos independientes
0 , 9 0 , 1 8 0 , 7 2 0 , 6 0 , 8
Respuesta correcta: c)
Usamos la regla general de la suma:
Como
Entonces:
Ejercicio 21
En una empresa, el