Tag archieven: kansrekenen

Verwachtingswaarde

Geplaatst op door

Hoeveel keer moet je gemiddeld een eerlijk muntstuk opgooien om 5 keer na elkaar kop te krijgen?

Antwoord

  • Noteer met e de gezochte verwachtingswaarde van het aantal keer opgooien. We noteren K voor kop en M voor munt.
  • Stel dat je bij de eerste poging M gooit. Hiervoor heb je \frac{1}{2} kans. Dan heb je nog steeds geen enkele keer K gehad en dus moet je gemiddeld nog e+1 keer opgooien voordat je er bent. Die 1 komt van de poging die je al hebt ondernomen.
  • Heb je eerst K en dan M, en daartoe heb je \frac{1}{4} kans, dan moet je weer van vooraf aan beginnen en heb je gemiddeld e+2 pogingen nodig. De 2 staat er omdat je al 2 keer gegooid hebt( KM) en dan helemaal opnieuw moet beginnen. 
  • Werk zo verder de gevallen KKM ,KKKM,KKKKM en KKKKK af
  • Ga zo verder en dan krijg je volgende vergelijking :
    e=\frac{1}{2}(e+1)+\frac{1}{4}(e+2)+\frac{1}{8}(e+3)+\frac{1}{16}(e+4)+ \frac{1}{32}(e+5)+\frac{1}{32}.5
  • Oplossen van deze vergelijking geeft e=62.

Even en oneven elementen

Geplaatst op door

Hoe groot is de kans dat bij een permutatie van \{1,2,...,n\} geen 2 even elementen en geen 2 oneven elementen naast elkaar staan?

Of anders geformuleerd: Er zijn in een gezelschap een aantal jongens en een aantal meisjes. Ze moeten op 1 rij gaan staan. Hoe groot is de kans dat geen twee jongens of twee meisjes naast elkaar gaan staan?

  • Het totaal aantal permutaties van n elementen is n!.
  • Als n even is ( n = 2m) zijn er evenveel jongens als meisjes. Er zijn twee mogelijke schikkingen JMJM… of MJMJ…; Bij elk van de mogelijkheden kan je de jongens op m! manieren ordenen en ook de meisjes op m! manieren rangschikken. Het totaal aantal mogelijkheden is dus 2.m!.m!
  • Als n oneven is (n = 2m – 1) zijn er bijvoorbeeld m – 1 jongens en m meisjes. in dit geval kan je enkel MJM…krijgen en zijn er dus in het totaal (m-1)!.m! mogelijkheden.
  • Noteer met P(n) de kans dat geen twee jongens of twee meisjes naast elkaar gaan staan bij n personen. Als n = 2m, dan is

        \[K(2m)=K(2m-1)=\frac{m!}{m(m+1)...(2m-1)}\]

  • Zo is K(1)=K(2)=1; K(3)=K(4)=33,3% ; K(5)=K(6)=10% ; K(7)=K(8)=2,86% en K(9)=K(10)=0,79%

Geschiedenis van de kansrekening: deel 4

Geplaatst op door

Rond de eeuwwisseling hebben grote wiskundige zoals Poincaré(1854-1912) en Hilbert(1862-1943) geprobeerd om de kansrekening nieuw leven in te blazen. Zonder veel succes echter, omdat de kanstheorie gebouwd was op los zand. In 1919 was er een eerste poging tot axiomatisering  door Richard von Mises (883-1953), een Oostenrijkse wetenschapper en filosoof.

Zijn axioma’s steunden op de frequentiedefinitie van het begrip kans als limietwaarde van de relatieve frequentie, als het aantal proefnemingen oneindig groot wordt.

Rond 1920 was er veel wiskundig onderzoek rond de zogenaamde centrale limietstelling: gestandaardiseerde sommen van onafhankelijke toevalsveranderlijken hebben een verdelingsfunctie die dicht  bij de standaardnormale verdelingsfunctie ligt. Het woord centraal in centrale limietstelling verwijst naar de centrale rol die deze stelling speelt in de kanstheorie en de statistiek. Een eerste bewijs werd gegeven door Lyapunov in 1900. Belangrijke resultaten rond deze stelling en haar veralgemeningen kwamen in de twintiger jaren van de Rus Bernstein(1880-1968), de Fin Lindeberg(1876-1932)  en de Franse wiskundige Lévy(1886-1971). In veel van de bewijzen was de kanstheorie eerder bijzaak; alles kon met de klassieke analyse bewezen worden.

Geschiedenis van de kansrekening: deel 2

Geplaatst op door

Een volgende mijlpaal kwam er van Jakob Bernoulli( 1654-1705). zijn werk Ars Conjectandi werd postuum door zijn neef gepubliceerd in 1713.

Het bevatte ondermeer het eerste bewijs van de zwakke wet van de grote aantallen. Deze wet laat zien dat de verdeling van het gemiddelde van een n-tal onafhankelijke  en gelijkverdeelde toevalsvariabelen voor toenemede n meer en meer geconcentreerd wordt om de verwachtingswaarde.

Een ander hoogtepunt uit de 18de eeuw was het werk Essai d’Analyse sur les Jeux de Hasard(1708)  van Pierre-Rémond de Montfort(1678-1719).

Tenslotte vermelden we ook nog het boek Doctrine of Chances van Abraham de Moivre(1667-1754)

Darts

Geplaatst op door

Het dartbord is in 1896 ontworpen door Brian Gamlin.

De nummers werden zo geplaatst dat elk hoog getal tussen twee lage getallen ligt. Hoe groter het getal waarop je mikt, hoe meer je gestraft wordt als de pijl er net niet ingaat. Wie op de sector met getal 20 mikt, maar net mist, moet het doen met 1 of 5 punten.

Een mogelijk onderzoeksvraag zou kunnen zijn: kan je het bord ‘moeilijker’ maken?  Er zijn immer  heel veel borden mogelijk: we kunnen 20 getallen op 19! mogelijkheden rangschikken op een cirkel. Bij benadering  zijn dat ongeveer 6.10^{16} rangschikkingen. Hoe kunnen we de getallen dan rangschikken zodanig dat de grootste som van de trio’s zo klein mogelijk is en de kleinste som zo groot mogelijk? Op het gebruikelijke dart bord is de maximale som 42 en de minimale som 26. Er bestaat een schikking  met maximale som 33 en minimale som 30.

Een ander mogelijk onderzoek peilt waarnaar je het best kan richten om gemiddeld de hoogste score te halen. Wie niet zo goed kan darten kan beter niet op de 20 mikken omdat het risico in de 1 of 5 terecht te komen te groot is. Maar waar kan je dan wel het best op spelen? Op 7 lijkt een goed idee, want die heeft 2 hoge buren: 16 en 19. Als we aannemen dat een beginnende speler toch wel een beetje kan mikken, en dus ofwel de bedoelde sector ofwel één van  zijn naaste buren zal raken, heeft het zin om dergelijke trio’s van sectoren te bekijken. We bestuderen twee gevallen:

  • Stel dat elke sector van het trio dezelfde trefkans heeft. Wie op de 7 mikt heeft dan gemiddeld \frac{1}{3}(16+7+19)=14 punten. Wie op de 20 mikt , gemiddeld slechts \frac{1}{3}(5+20+1)=8,67 punten. Hier kan je dus beter op de 7 gaan spelen!
  • Stel dat de trefkans ( kans om de sector waarop je mikt, ook te raken) gelijk is aan p en dat de kans om de twee buren te raken even groot is. dan is de trefkans van elk van de buren gelijk aan \frac{1}{2}(1-p). De verwachte waarde voor het trio a,b,c is dan \frac{1}{2}(1-p)a+pb+\frac{1}{2}(1-p)c=\frac{1}{2}(1-p)(a+b+c)+\frac{1}{2}(3p-1)b De verwachtingwaarde wordt dus bepaald door de som van het trio plus een term die afhangt van het middelste getal b en de kans p dat je die raakt? Voor p=0,6 is de verwachtingswaarde voor b=19 gelijk aan 13,4 en die van 20 is 13,2. De verwachtingswaarde voor b=7 is slechts 8. Onder deze voorwaarden kan je dus beter op de 19 mikken.