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Probabilidad · Probabilidad

Definiciones

Hasta ahora la probabilidad se ha usado de forma intuitiva: "casos favorables entre casos posibles". Pero esa regla solo funciona si todos los resultados son igual de probables, y no explica por qué $P(\overline{A}) = 1-P(A)$ o por qué $P(A \cup B) = P(A)+P(B)-P(A\cap B)$ funcionan siempre. El matemático Andréi Kolmogórov formalizó la probabilidad en 1933 con solo tres reglas de partida (los axiomas); todo lo demás, incluida la regla de Laplace, se deduce de ellas.

La probabilidad como función: los axiomas de Kolmogorov

Axioma 1: P(A) ≥ 0 Axioma 2: P(E) = 1 Axioma 3: A∩B=∅ ⟹ P(A∪B)=P(A)+P(B)
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Sean $A$ y $B$ dos sucesos de un mismo experimento aleatorio tales que $P(A) = 0,4$, $P(B) = 0,3$ y $P(A \cup B) = 0,7$. Justifica matemáticamente si los sucesos $A$ y…

Sean $A$ y $B$ dos sucesos de un mismo experimento aleatorio tales que $P(A) = 0,4$, $P(B) = 0,3$ y $P(A \cup B) = 0,7$. Justifica matemáticamente si los sucesos $A$ y $B$ son compatibles o incompatibles basándote en los axiomas de la probabilidad.

Resolver

La regla de Laplace: un caso particular que cumple los axiomas

La regla de Laplace no es una ley aparte: es la forma que toma $P$ cuando los $n$ resultados de $E$ son equiprobables. Comprobar que cumple los tres axiomas es sencillo y da seguridad en por qué funciona.

urna: 5 rojas, 3 azules, 2 verdes → 10 bolas en total P(azul) = 3/10 = 0,3
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Se dispone de una urna opaca que contiene 5 bolas rojas, 3 bolas azules y 2 bolas verdes, todas idénticas al tacto. Si se extrae una bola al azar, calcula la…

Se dispone de una urna opaca que contiene 5 bolas rojas, 3 bolas azules y 2 bolas verdes, todas idénticas al tacto. Si se extrae una bola al azar, calcula la probabilidad de:

  • Obtener una bola azul.

  • No obtener una bola roja.

  • Obtener una bola que sea roja o verde.

Resolver

Propiedades que se deducen de los axiomas

Ninguna de estas reglas es un axioma nuevo: todas se demuestran a partir de los tres axiomas de Kolmogórov, y por eso son válidas siempre, equiprobables o no.

A Ā P(A) + P(Ā) = P(E) = 1
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En una fábrica de componentes electrónicos, se sabe que la probabilidad de que un chip tenga un defecto de soldadura es $0,05$, la probabilidad de que tenga un defecto…

En una fábrica de componentes electrónicos, se sabe que la probabilidad de que un chip tenga un defecto de soldadura es $0,05$, la probabilidad de que tenga un defecto en el encapsulado es $0,03$, y la probabilidad de que presente ambos defectos simultáneamente es $0,01$. Calcula la probabilidad de que un chip elegido al azar presente al menos uno de los dos defectos.

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En una empresa de desarrollo de software, la probabilidad de que un programa tenga un error en la interfaz de usuario (suceso $U$) es $0,45$. La probabilidad de que…

En una empresa de desarrollo de software, la probabilidad de que un programa tenga un error en la interfaz de usuario (suceso $U$) es $0,45$. La probabilidad de que tenga un error en la base de datos (suceso $D$) es $0,30$. Si la probabilidad de que tenga un error en la interfaz pero no en la base de datos es $0,25$, calcula la probabilidad de que el programa no tenga ningún error.

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Diagramas de Venn con áreas proporcionales a la probabilidad

Un diagrama de Venn se puede dibujar de forma que el área de cada región sea proporcional a su probabilidad: es una forma visual de comprobar que las cuentas son coherentes con los axiomas (todo $E$ suma área $1$).

E (área total = 1) A B A∩B
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Observa el siguiente diagrama de Venn que representa un espacio muestral $E$ y dos sucesos $A$ y $B$. Sabiendo que el área de cada región es proporcional a su…

Observa el siguiente diagrama de Venn que representa un espacio muestral $E$ y dos sucesos $A$ y $B$. Sabiendo que el área de cada región es proporcional a su probabilidad, expresa en notación de conjuntos la región sombreada en color verde y calcula su probabilidad si $P(A) = 0,55$, $P(B) = 0,40$ y $P(A \cap B) = 0,15$.

E A B
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En un instituto, el $60\%$ de los alumnos de 1º de Bachillerato cursa la asignatura de Física, el $50\%$ cursa Dibujo Técnico y un $20\%$ no cursa ninguna de las dos. Si…

En un instituto, el $60\%$ de los alumnos de 1º de Bachillerato cursa la asignatura de Física, el $50\%$ cursa Dibujo Técnico y un $20\%$ no cursa ninguna de las dos. Si se elige un alumno al azar, determina las siguientes probabilidades utilizando las propiedades axiomáticas y las Leyes de De Morgan:

  • Que curse ambas asignaturas.

  • Que curse Física pero no Dibujo Técnico.

  • Que curse exactamente una de las dos asignaturas.

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Cotas de la probabilidad sin conocer la intersección

Los axiomas no solo dan igualdades: también permiten acotar una probabilidad desconocida cuando falta información, usando que ninguna probabilidad puede superar $1$ ni ser negativa.

mínimo máximo P(A∩B) está aquí dentro
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En un control de calidad se aplican dos pruebas independientes a una remesa de productos. Se sabe que la probabilidad de pasar la prueba $A$ es $P(A) = 0,85$ y la…

En un control de calidad se aplican dos pruebas independientes a una remesa de productos. Se sabe que la probabilidad de pasar la prueba $A$ es $P(A) = 0,85$ y la probabilidad de pasar la prueba $B$ es $P(B) = 0,75$. Sin conocer la probabilidad de la intersección, determina algebraicamente el valor máximo y el valor mínimo que puede tomar la probabilidad de que un producto pase ambas pruebas, $P(A \cap B)$.

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Estimar probabilidades mediante frecuencias

Cuando no sabemos si un mecanismo es equilibrado, no basta contar resultados y aplicar Laplace. Repetimos el experimento en condiciones comparables y estimamos $P(A)$ con la frecuencia relativa $f_n(A)=n_A/n$.

Con la urna de 5 bolas rojas y 5 azules del simulador, cada extracción se hace con devolución. Reinicia y registra el número de rojas y su frecuencia al llegar a 20, 200 y 2000 ensayos. Usa las tandas de 1, 10, 100 y 1000 para alcanzar esos totales. Compara con $P(\text{roja})=0{,}5$ y repite toda la experiencia.

Resumen

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