4. Condiciones para usar distribución binomial

Objetivo de aprendizaje

  • Reconocer las condiciones necesarias para modelar una situación mediante distribución binomial.
  • Distinguir situaciones binomiales de situaciones que no cumplen las condiciones del modelo.

Condiciones del modelo binomial

Una situación puede modelarse con distribución binomial cuando cumple estas condiciones:

  1. Hay un número fijo de repeticiones o ensayos.
  2. Cada ensayo tiene solo dos resultados relevantes: éxito o fracaso.
  3. La probabilidad de éxito se mantiene constante en cada ensayo.
  4. Los ensayos son independientes entre sí.
  5. La variable aleatoria cuenta el número de éxitos obtenidos.

Ruta de verificación

Antes de aplicar una fórmula binomial, conviene revisar si la situación cumple las condiciones del modelo.

Idea clave

La distribución binomial sirve para contar éxitos en repeticiones de un mismo ensayo, siempre que las condiciones se mantengan estables.

Si cambia la probabilidad de éxito, si no hay independencia o si no se cuenta el número de éxitos, el modelo binomial puede no ser adecuado.

Ejemplo 1: situación binomial

Se lanza una moneda equilibrada \(10\) veces y se define \(X\) como la cantidad de caras obtenidas.

Revisamos las condiciones:

  • Hay un número fijo de ensayos: \(10\) lanzamientos.
  • Cada ensayo tiene dos resultados relevantes: cara o sello.
  • La probabilidad de éxito es constante: \(P(\text{cara})=\frac{1}{2}\).
  • Los lanzamientos son independientes entre sí.
  • La variable \(X\) cuenta éxitos: cantidad de caras.

Por lo tanto, esta situación puede modelarse con distribución binomial.

Ejemplo 2: probabilidad que no se mantiene constante

Una bolsa tiene \(3\) fichas rojas y \(2\) fichas azules. Se extraen \(3\) fichas sin devolverlas a la bolsa. Se quiere contar cuántas fichas rojas salen.

Hay dos resultados relevantes en cada extracción: roja o no roja.

Sin embargo, la probabilidad de obtener una ficha roja cambia después de cada extracción, porque las fichas no se devuelven a la bolsa.

Por ejemplo, al inicio:

\[ P(\text{roja})=\frac{3}{5} \]

Pero después de extraer una ficha, la composición de la bolsa cambia.

Por eso, esta situación no cumple directamente la condición de probabilidad de éxito constante.

Ejemplo 3: no se cuenta el número de éxitos

Se lanzan \(5\) dados equilibrados y se registra la suma total de los puntos obtenidos.

Aunque hay un número fijo de lanzamientos, la variable no cuenta éxitos.

Además, cada dado puede producir seis valores diferentes si se registra el número exacto.

Por eso, la suma de los puntos no se modela directamente con distribución binomial.

En cambio, si se definiera \(X\) como la cantidad de dados que muestran un \(6\), entonces sí se estaría contando éxitos.

Error frecuente

No se debe usar distribución binomial solo porque una situación se repite varias veces.

Además de repetirse, debe haber dos resultados relevantes por ensayo, probabilidad de éxito constante, independencia y una variable que cuente éxitos.

Ejercicios progresivos a desafiantes

Ejercicio 1: verificar una moneda

Se lanza una moneda equilibrada \(8\) veces y se define \(X\) como la cantidad de sellos obtenidos.

¿Puede modelarse esta situación con distribución binomial? Justifica.

Ejercicio 2: revisar productos

Una fábrica sabe que la probabilidad de que un producto sea defectuoso es \(0{,}04\). Se revisan \(25\) productos de forma independiente y se define \(X\) como la cantidad de productos defectuosos.

¿Se cumplen las condiciones para usar distribución binomial?

Ejercicio 3: extracción sin reposición

Una bolsa contiene \(5\) fichas rojas y \(5\) fichas azules. Se extraen \(4\) fichas sin reposición y se cuenta cuántas son rojas.

¿Qué condición binomial puede fallar? Justifica.

Ejercicio 4: variable que no cuenta éxitos

Se lanzan \(6\) dados equilibrados y se define \(S\) como la suma de los puntos obtenidos.

¿La variable \(S\) corresponde a una variable binomial? Justifica.

Ejercicio 5: transformar una situación

Se lanzan \(12\) dados equilibrados.

Propón una variable que sí pueda modelarse con distribución binomial y explica por qué.

Ejercicio 6: encuesta

En una ciudad, se sabe que el \(60\%\) de las personas usa transporte público al menos tres veces por semana. Se encuesta de forma independiente a \(40\) personas y se define \(X\) como la cantidad de personas que usan transporte público al menos tres veces por semana.

Verifica si se cumplen las condiciones binomiales.

Ejercicio 7: caso desafiante

Un estudiante realiza el siguiente procedimiento: extrae una carta de un mazo, registra si es corazón, devuelve la carta al mazo, mezcla y repite el proceso \(10\) veces.

Se define \(X\) como la cantidad de veces que obtiene una carta de corazón.

  1. ¿Hay número fijo de ensayos?
  2. ¿Hay dos resultados relevantes por ensayo?
  3. ¿La probabilidad de éxito se mantiene constante?
  4. ¿Los ensayos pueden considerarse independientes?
  5. ¿Puede modelarse con distribución binomial?