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:

  1. Lanzar un dado de diez caras numeradas del \(1\) al \(10\).
  2. Elegir una vocal de la palabra “MURCIELAGO”.
  3. Lanzar una moneda tres veces.

Ejercicio 2

Calcula la probabilidad usando el enfoque clásico:

  1. Obtener un número mayor que \(4\) al lanzar un dado de seis caras.
  2. Sacar una carta de espadas de una baraja inglesa de \(52\) cartas.
  3. Obtener al menos un sello al lanzar una moneda dos veces.

Ejercicio 3

Clasifica los siguientes eventos al lanzar un dado de seis caras como simples o compuestos:

  1. Obtener un \(6\).
  2. Obtener un número impar.
  3. Obtener un número mayor que \(2\).
  4. Obtener un \(1\).

Ejercicio 4

Expresa las siguientes probabilidades como fracción, decimal y porcentaje:

  1. La probabilidad de que llueva mañana es \(0{,}3\).
  2. La probabilidad de ganar un premio es \(\frac{1}{5}\).
  3. La probabilidad de que un estudiante apruebe un examen es \(80\%\).
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.

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:

  1. La bola sea roja.
  2. La bola sea azul.
  3. La bola no sea verde.
  4. La bola sea roja o azul.

Ejercicio 7

Se elige al azar una letra de la palabra “PROBABILIDAD”. Calcula la probabilidad de que:

  1. Sea una vocal.
  2. Sea una consonante.
  3. Sea la letra \(B\).
  4. No sea la letra \(A\).
Problemas (Nivel Intermedio-Avanzado)

Problema 1

Se lanzan dos dados de seis caras. Calcula la probabilidad de que:

  1. La suma de los dos dados sea \(5\).
  2. La suma sea menor o igual que \(4\).
  3. Se obtenga al menos un \(4\).
  4. Se obtenga el mismo número en ambos dados.

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?

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.

  1. Se elige una urna al azar y se extrae una bola. ¿Cuál es la probabilidad de que la bola sea roja?
  2. Si se extraen \(2\) bolas de la urna A, sin reemplazo, ¿cuál es la probabilidad de que ambas sean rojas?

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