¿Que tan probable es si....?
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:
\[ P(\text{ambas rojas})=\frac{3}{5}\cdot \frac{1}{2}=\frac{3}{10} \]
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