7. Problemas de unión e intersección

Objetivo de aprendizaje

  • Resolver problemas de probabilidad que involucran unión e intersección de eventos, usando tablas, diagramas y relaciones entre cantidades.

Unión e intersección en problemas

En muchos problemas aparecen dos eventos relacionados. Para resolverlos correctamente, es necesario distinguir entre:

  • \(A\cup B\): ocurre \(A\), ocurre \(B\), o ocurren ambos.
  • \(A\cap B\): ocurren \(A\) y \(B\) simultáneamente.

La dificultad principal está en no contar dos veces los casos que pertenecen a ambos eventos.

Relaciones útiles

Si \(A\) y \(B\) son eventos de un mismo espacio muestral \(S\), entonces:

\[ |A\cup B|=|A|+|B|-|A\cap B| \]

De esta relación también se obtiene:

\[ |A\cap B|=|A|+|B|-|A\cup B| \]

Además:

\[ \text{solo }A=|A|-|A\cap B| \]

\[ \text{solo }B=|B|-|A\cap B| \]

\[ \text{ninguno}=|S|-|A\cup B| \]

Cómo interpretar frases frecuentes

Frase del problema Interpretación
\(A\) o \(B\) \(A\cup B\)
\(A\) y \(B\) \(A\cap B\)
“Al menos uno de los dos” \(A\cup B\)
“Ninguno de los dos” \((A\cup B)^c\)
“Solo \(A\) \(A\setminus B\)
“Solo \(B\) \(B\setminus A\)

Ejemplo 1: organización en un diagrama

En una muestra de \(60\) estudiantes, \(28\) leen noticias científicas, \(24\) escuchan pódcast de divulgación y \(10\) hacen ambas actividades.

Si se elige un estudiante al azar, calculemos la probabilidad de que realice al menos una de esas dos actividades.

Sea:

  • \(A\): leer noticias científicas.
  • \(B\): escuchar pódcast de divulgación.

La intersección ya está dada:

\[ |A\cap B|=10 \]

Entonces:

\[ |A\cup B|=28+24-10=42 \]

Por lo tanto:

\[ P(A\cup B)=\frac{42}{60}=\frac{7}{10} \]

La probabilidad de que realice al menos una de las dos actividades es \(\frac{7}{10}\).

 

Ejemplo 2: encontrar la intersección desde la unión

En un centro cultural hay \(85\) inscripciones. \(37\) personas se inscribieron en cerámica, \(29\) en grabado y \(51\) en cerámica o grabado.

¿Cuántas personas se inscribieron en ambas actividades?

Sea:

  • \(C\): inscripción en cerámica.
  • \(G\): inscripción en grabado.

Se sabe que:

\[ |C|=37,\qquad |G|=29,\qquad |C\cup G|=51 \]

Usamos:

\[ |C\cap G|=|C|+|G|-|C\cup G| \]

\[ |C\cap G|=37+29-51=15 \]

Por lo tanto, \(15\) personas se inscribieron en ambas actividades.

Ejemplo 3: usar una tabla de doble entrada

La siguiente tabla clasifica \(100\) piezas arqueológicas según si fueron catalogadas digitalmente y si requieren restauración.

  Requiere restauración No requiere restauración Total
Catalogada digitalmente 18 42 60
No catalogada digitalmente 12 28 40
Total 30 70 100

Si se elige una pieza al azar, calculemos la probabilidad de que esté catalogada digitalmente o requiera restauración.

Sea:

  • \(A\): estar catalogada digitalmente.
  • \(B\): requerir restauración.

De la tabla:

\[ |A|=60,\qquad |B|=30,\qquad |A\cap B|=18 \]

Entonces:

\[ |A\cup B|=60+30-18=72 \]

Por lo tanto:

\[ P(A\cup B)=\frac{72}{100}=\frac{18}{25} \]

Ejemplo 4: “ninguno” como complemento de la unión

En una revisión de \(140\) archivos históricos, \(58\) tienen registro fotográfico, \(46\) tienen transcripción completa y \(22\) tienen ambos elementos.

¿Cuál es la probabilidad de seleccionar un archivo que no tenga registro fotográfico ni transcripción completa?

Sea:

  • \(F\): tener registro fotográfico.
  • \(T\): tener transcripción completa.

Primero calculamos la unión:

\[ |F\cup T|=58+46-22=82 \]

Los archivos que no tienen ninguno de los dos elementos son:

\[ 140-82=58 \]

Por lo tanto:

\[ P((F\cup T)^c)=\frac{58}{140}=\frac{29}{70} \]

Error común

Cuando un problema pregunta por “ninguno de los dos”, no se calcula \(A\cap B\).

“Ninguno de los dos” significa estar fuera de \(A\cup B\), es decir, corresponde al complemento de la unión.

Ejercicios

Ejercicio 1

En una observación de \(75\) aves, \(32\) fueron vistas cerca del río, \(27\) fueron vistas en árboles altos y \(11\) fueron vistas en ambas zonas. Si se elige una observación al azar, calcula:

  1. la cantidad de aves vistas cerca del río o en árboles altos;
  2. la probabilidad de que haya sido vista cerca del río o en árboles altos;
  3. la cantidad de aves que no fueron vistas en ninguna de esas dos zonas.

Ejercicio 2

En un registro de \(92\) recetas saludables, \(39\) incluyen legumbres, \(34\) incluyen frutos secos y \(57\) incluyen legumbres o frutos secos. ¿Cuántas recetas incluyen ambos ingredientes? ¿Cuál es la probabilidad de elegir una receta que incluya ambos?

Ejercicio 3

La siguiente tabla clasifica \(120\) envíos según si llegaron con seguimiento activo y si llegaron antes de la fecha estimada.

  Antes de la fecha estimada No antes de la fecha estimada Total
Con seguimiento activo 44 26 70
Sin seguimiento activo 18 32 50
Total 62 58 120

Si se selecciona un envío al azar, calcula la probabilidad de que tenga seguimiento activo o haya llegado antes de la fecha estimada.

Ejercicio 4

En una colección de \(110\) fotografías antiguas, \(47\) están restauradas, \(36\) están fechadas correctamente y \(15\) están restauradas y fechadas correctamente. Calcula:

  1. la cantidad de fotografías que están restauradas o fechadas correctamente;
  2. la cantidad de fotografías que solo están restauradas;
  3. la cantidad de fotografías que solo están fechadas correctamente;
  4. la probabilidad de elegir una fotografía que no cumpla ninguna de esas condiciones.

Ejercicio 5

En un banco de \(150\) preguntas, \(64\) requieren interpretar un gráfico, \(53\) requieren realizar un cálculo algebraico y \(41\) no requieren ninguna de esas dos habilidades. ¿Cuántas preguntas requieren ambas habilidades?

Ejercicio 6

En una muestra de \(96\) semillas, \(40\) germinaron antes de una semana, \(35\) alcanzaron más de \(12\) cm al finalizar el experimento y \(18\) cumplieron ambas condiciones.

Una persona afirma que \(40+35=75\) semillas germinaron antes de una semana o alcanzaron más de \(12\) cm. ¿Es correcta su afirmación? Justifica y calcula la probabilidad correcta.

Problemas tipo PAES

Problema 1

En una muestra de \(180\) viviendas, \(82\) tienen paneles solares, \(76\) tienen sistema de recolección de agua lluvia y \(48\) tienen ambos sistemas. Si se elige una vivienda al azar, ¿cuál es la probabilidad de que tenga paneles solares o sistema de recolección de agua lluvia?

A) \(\frac{110}{180}\)

B) \(\frac{158}{180}\)

C) \(\frac{206}{180}\)

D) \(\frac{48}{180}\)

Problema 2

En una muestra de \(135\) pacientes, \(58\) recibieron atención kinésica, \(49\) recibieron orientación nutricional y \(78\) recibieron al menos una de esas dos atenciones. ¿Cuántos pacientes recibieron ambas atenciones?

A) \(21\)

B) \(29\)

C) \(51\)

D) \(107\)

Problema 3

La siguiente tabla resume \(200\) postulaciones a un fondo de investigación.

  Con carta institucional Sin carta institucional Total
Con presupuesto detallado 74 36 110
Sin presupuesto detallado 28 62 90
Total 102 98 200

Si se elige una postulación al azar, ¿cuál es la probabilidad de que tenga presupuesto detallado o carta institucional?

A) \(\frac{74}{200}\)

B) \(\frac{138}{200}\)

C) \(\frac{172}{200}\)

D) \(\frac{212}{200}\)

Problema 4

En un registro de \(240\) vehículos eléctricos, \(96\) tienen carga rápida, \(118\) tienen autonomía mayor a \(400\) km y \(72\) tienen ambas características. ¿Cuántos vehículos no tienen carga rápida ni autonomía mayor a \(400\) km?

A) \(26\)

B) \(72\)

C) \(98\)

D) \(194\)

Problema 5

En una muestra de \(160\) parcelas, \(67\) tienen riego tecnificado, \(54\) tienen sensores de humedad y \(18\) tienen ambas tecnologías. Si se selecciona una parcela al azar, ¿cuál es la probabilidad de que tenga solo riego tecnificado?

A) \(\frac{18}{160}\)

B) \(\frac{49}{160}\)

C) \(\frac{67}{160}\)

D) \(\frac{103}{160}\)