martes, 14 de marzo de 2017



2.1 TECNICAS DE CONTEO

En el enfoque clásico, el valor de probabilidad se basa en la razón del número de resultados igualmente probables favorables respecto del número total de resultados en el espacio muestral. Cuando los problemas son simples, el número de resultados pueden contarse directamente. Sin embargo, en problemas más complejos es necesario usar técnicas de conteo para determinar el número de resultados posibles.

Ejemplo:
Definir el espacio muestral de lanzar 4 dados
Principio Fundamental del conteo:
Si un evento puede realizarse en n1 formas diferentes y si por cada una de éstas una segunda operación puede llevarse a cabo de n2 formas diferentes, una tercera de n3 formas, y así sucesivamente, entonces el número de maneras que se puede realizarse el experimento en el orden indicado es:

Se les denomina técnicas de conteo a: las combinaciones, permutaciones y diagrama de árbol, las que a continuación se explicarán y hay que destacar que éstas nos proporcionan la información de  todas las maneras posibles en que ocurre un evento determinado. 
Las bases para entender el uso de las técnicas de conteo son el principio multiplicativo y el aditivo, los que a continuación se definen y se hace uso de ellos.
Flórez, Á. J. (Junio de 2012). univalle.edu.co. Obtenido de univalle.edu.co: https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/368363/mod_resource/content/0/Clases/Permutaciones_y_combinaciones.pdf




2.1.1 PRINCIPIO ADITIVO
Dado que la probabilidad se refiere a la potencialidad de ocurrencia de un evento, el principio aditivo se refiere a las formas que ese evento puede ser realizado. Por ejemplo, una persona que define viajar desde Santiago al Litoral Central puede hacerlo por Línea de Buses A, Línea de Buses B, Línea de Buses C, Línea de Buses D. El principio aditivo, sería que cada línea de buses representa una alternativa:
L A= 1 ; L B = 1 ; L C = 1 ; L D = 1, (significa que cada línea de buses tiene una línea disponible al litoral central)
En el principio Aditivo sería, que la forma de llegar al punto L sería:
L = 1 + 1 + 1 + 1 = 4
La clave en el principio aditivo es buscar intrínsecamente la “0”, en el ejemplo, la persona para dirigirse al litoral central no puede utilizar todas las alternativas, tiene que utilizar una “o” la otra. Cuando se use el “o”, entonces hay que utilizar el principio aditivo.
Se utiliza el principio aditivo si un número se obtiene sumando el valor de los símbolos que lo componen.
Ejemplo: En la numeración maya  se sigue el principio aditivo porque para saber el valor del número, se suman los valores de los signos como puedes ver en la siguiente imagen.

 

El principio multiplicativo, el aditivo y las técnicas de conteo que posteriormente se tratarán nos proporcionan todas las maneras o formas posibles de cómo se puede llevar a cabo una actividad cualquiera.
Escolares.net. (s.f.). Obtenido de Escolares.net: http://www.escolares.net/matematicas/probabilidades-principio-aditivo-y-multiplicativo/
Matematicas para ti. (s.f.). Obtenido de Matematicas para ti: https://matematicasparaticharito.wordpress.com/tag/principio-aditivo/

2.1.2 PRINCIPIO MULTIPLICATIVO

El principio multiplicativo consiste en que, si existen distintas formas de que un evento suceda, y a su vez estas distintas formas tienen subformas de realizarse, se utiliza la multiplicación: se utiliza la cantidad de formas, por la cantidad de sub formas.
Por ejemplo, en el caso anterior, dado que existen cuatro líneas de buses, suponiendo que la línea A tenga cinco buses, la línea B tenga  cuatro buses, la línea C tenga dos buses y la línea D tenga ocho buses, entonces la forma de llegar a L, aplicando el principio multiplicativo, sería:

L = 1 x 5 + 1 x 4 + 1 x 2 + 1 x 8

Se utiliza el principio multiplicativo si un número se obtiene multiplicando el valor de los símbolos que lo componen.

Ejemplo: En la numeración romana al escribir CMXXIV (924) con una línea horizontal  en la parte superior, se sigue el principio multiplicativo y este número representa al 924,000, ya que en la numeración romana cualquier símbolo con una rayita horizontal en la parte superior, indica el número es multiplicado por 1000. En la siguiente imagen vemos escrito el número 924, 587 (novecientos veinticuatro mil, quinientos ochenta y siete).
 
El principio multiplicativo implica que cada uno de los pasos de la actividad deben ser llevados a efecto, uno tras otro.


Escolares.net. (s.f.). Obtenido de Escolares.net: http://www.escolares.net/matematicas/probabilidades-principio-aditivo-y-multiplicativo/

Matematicas para ti. (s.f.). Obtenido de Matematicas para ti: https://matematicasparaticharito.wordpress.com/tag/principio-aditivo/

Vargas, J. R. (Junio de 2010). wordpress.com. Obtenido de wordpress.com: https://jrvargas.files.wordpress.com/2010/07/principio-multiplicativo.pdf

 
2.1.3 NOTACION FACTORIAL
La función factorial (símbolo: !) sólo quiere decir que se multiplican una serie de números que descienden. Los factoriales se usan en muchas áreas de las matemáticas, pero sobre todo en combinaciones y permutaciones
Ejemplos:
  • 4! = 4 × 3 × 2 × 1 = 24
  • 7! = 7 × 6 × 5 × 4 × 3 × 2 × 1 = 5040
  • 1! = 1
Así que la regla es:
·         n! = n × (n-1)!
lo que significa "el factorial de cualquier número es: el número por el factorial de (1 menos que el número", por tanto 10! = 10 × 9!, o incluso 125! = 125 × 124!
El factorial de cero es interesante... se suele estar de acuerdo en que 0! = 1.  Parece raro que no multiplicar ningún número dé 1, pero ayuda a simplificar muchas cuestiones.
Disfruta las matematicas. (2011). Obtenido de Disfruta las matematicas: http://www.disfrutalasmatematicas.com/numeros/factorial.html
 
2.1.4 PERMUTACIONES
Es todo arreglo de elementos en donde nos interesa el lugar o posición que ocupa cada uno de los elementos que constituyen dicho arreglo.

En forma general una permutación es una secuencia ordenada de r
objetos tomados de un conjunto de n objetos distintos.
Los arreglos son sin reemplazo o sin repetición cuando después de tomar un elemento, éste no se puede tomar de nuevo. Es decir, si se tiene un conjunto
A1 = {a1, a2,..., an} con n elementos diferentes y se realiza una extracción, ésta se podrá hacer de n maneras diferentes. Sea el elemento tomado a3, éste ya no se regresa al conjunto teniendo un conjunto A2 = {a1, a2, a4,a5,..., an} con
n– 1 elementos diferentes, de forma tal que cuando se realice una segunda extracción será de n – 1 maneras.



 
El número de permutaciones diferentes de n objetos de los cuales n1
son de un tipo, n2 de otro tipo, . . . , nk de un k-ésimo tipo, es:
 






Permutaciones con elementos iguales:
Para los casos en que se quieren formar arreglos con todos los elementos de un conjunto, entre los cuales existen algunos que son iguales, se tiene que, de forma general, cuando existen n1 elementos iguales, n2 elementos iguales,... y nm elementos iguales, tales que n1 + n2 + ... + nm = n, resulta la cantidad total de ordenamientos diferentes considerando todos los n elementos por ordenamiento.

 



Flórez, Á. J. (Junio de 2012). univalle.edu.co. Obtenido de univalle.edu.co: https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/368363/mod_resource/content/0/Clases/Permutaciones_y_combinaciones.pdf

intelabs.com. (s.f.). Obtenido de intelabs.com: http://gc.initelabs.com/recursos/files/r157r/w13178w/Estad%20y%20Prob_5a_03.pdf

Vargas, J. R. (Junio de 2010). wordpress.com. Obtenido de wordpress.com: https://jrvargas.files.wordpress.com/2010/07/principio-multiplicativo.pdf



2.1.5 COMBINACIONES
Dado un conjunto de n objetivos distintos, cualquier subconjunto no ordenado de tamaño k de los objetos se llama combinación. En las combinaciones el orden de aparición de los objetos es irrelevante.



Como Ckn representa la cantidad de subconjuntos no ordenados que constan de representa la cantidad de subconjuntos no ordenados que constan de k
elementos tomados de un total de n, se tiene que en cada una de esas combinaciones se pueden formar k! arreglos diferentes. Por tanto, si Ckn representa la cantidad total de subconjuntos no ordenados formados de k elementos diferentes, k! Ckn representa la cantidad de arreglos diferentes de k elementos tomados de un total n. Como se analizó en la sección 3.3.2, esta cantidad es igual a Pkn, de donde se deduce.




Una diferencia fundamental entre las permutaciones y las combinaciones consiste en que en el orden de los elementos de los grupos escogidos en las combinaciones no importan, sólo se considera la cantidad de elementos en el grupo, mientras que en las permutaciones el orden entre sus elementos es fundamental.

Flórez, Á. J. (Junio de 2012). univalle.edu.co. Obtenido de univalle.edu.co: https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/368363/mod_resource/content/0/Clases/Permutaciones_y_combinaciones.pdf

intelabs.com. (s.f.). Obtenido de intelabs.com: http://gc.initelabs.com/recursos/files/r157r/w13178w/Estad%20y%20Prob_5a_03.pdf
 


2.1.6 Diagrama De Árbol
Un diagrama de árbol es una representación gráfica que muestra los resultados posibles de una serie de experimentos y sus respectivas probabilidades; consta de r pasos, donde cada uno de los pasos tiene un número finito de maneras de ser llevado a cabo.
Para la construcción de un diagrama en árbol se partirá poniendo una rama para cada una de las posibilidades, acompañada de su probabilidad. En el final de cada rama parcial se constituye a su vez, un nudo del cual parten nuevas ramas, según las posibilidades del siguiente paso, salvo si el nudo representa un posible final del experimento (nudo final).  Hay que tener en cuenta: que la suma de probabilidades de las ramas de cada nudo ha de dar 1.
Resultado de imagen para diagrama de arbol ejemplo
Los diagramas en árbol son muy útiles para "fabricar" cualquier tipo de agrupación, ya sean variaciones, permutaciones o combinaciones.
Esta herramienta está fundamentada en el cálculo de probabilidades condicionadas, esto quiere decir que ocurra un evento A, sabiendo que también sucede otro evento B. Un eventos dependiente se define de la siguiente forma. Se dice que un evento A es dependiente de otro B si para que ocurra A es necesario que ocurra el evento B.
Un instrumento útil dentro de la probabilidad condicional son las representaciones que nos permiten analizar la problemática de los eventos cuando estos ocurren uno después del otro. Concretamente estamos hablando de los diagramas de árbol.  Este está constituido de varias ramas, cada rama parte de un nodo que representa un evento aleatorio diferente. En el esquema que se presenta a continuación se observa que la rama principal está constituida de evento  con diferentes posibilidades como son:  A1, A2, A3...An  la siguiente rama consta de eventos distintos, por ejemplo, B1, B2, B3...Bn  que se realizan después de ocurrir A1 , así de manera sucesiva pueden ocurrir eventos después de cualquiera de ellos. Otro ejemplo es el que se muestra, ocurren después  del evento An ocurriendo los eventos C1,C2,C3...Cn . También observamos que cada evento forma un universo para cada evento por lo que cada rama, de acuerdo con el axioma  de normalizabilidad, tendrá que ser igual a uno.




vitutor.com. (2014). Obtenido de vitutor.com: http://www.vitutor.com/pro/2/a_15.html





2.1.7 TEOREMA DEL BINOMIO
El teorema del binomio, también llamado binomio de Newton, expresa la enésima potencia de un binomio como un polinomio. El desarrollo del binomio (a+b)n
posee singular importancia ya que aparece con mucha frecuencia en Matemáticas y posee diversas aplicaciones en otras áreas del conocimiento.

Si a este binomio se le multiplica sucesivamente por sí mismo se obtienen las siguientes potencias: 



 



      El desarrollo de (a+b) ^ n tiene n+1 términos.
      Las potencias de a empiezan en el primer término y van disminuyendo en cada término, hasta cero en el último.
      Las potencias de b empiezan con exponente cero en el primer término y van aumentando en uno con cada término, hasta n en el último.
      Para cada término la suma de los exponentes de a y b es n.
      El coeficiente del primer término es uno y el del segundo es n.
      El coeficiente de un término cualquiera es igual al producto del coeficiente del termino anterior por el exponente de a dividido entre el número que indica el orden de ese término.
      Los términos que equidistan de los extremos tienen coeficientes iguales.
Espinosa, r. J. (2012). Matematica Basicas. Obtenido de Matematica Basicas: http://132.248.164.227/publicaciones/docs/apuntes_matematicas/38.%20Teorema%20del%20Binomio.pdf




2.2 TEORIA ELEMENTAL DE PROBABILIDAD
El Cálculo de Probabilidades se ocupa de estudiar ciertos experimentos que se denominan aleatorios, cuya característica fundamental es la incertidumbre del resultado, esto significa que es imposible predecir los resultados porque hay más de uno posible.

Son ejemplos de experimentos aleatorios: lanzar un dado cinco veces, los instantes de llegadas a un abarrote, etc.

El término de probabilidad es de uso común, así el ente televisivo, el cual nos dirá que es poco probable un cambio brusco de temperatura ó un periódico informará que es muy probable que el Real Madrid gane en su campo a Las Palmas.

Este tipo de información es insuficiente cuando se necesita un conocimiento más profundo de un fenómeno aleatorio, Supongamos que una compañía de seguros va a extender una póliza por seguro de vida a un cliente. 

Este es el objetivo del Cálculo de Probabilidades, medir probabilidades relacionadas con cierto fenómeno aleatorio dado. Medir significa asignar a cada probabilidad un número determinado, esto nos permitiría obtener un conocimiento más preciso del fenómeno.

Concepto Clásico De Probabilidad:
También conocido como probabilidad a priori. “Si para un evento  A  hay  resultados igualmente probables, de las cuales f son del tipo que nos interesa, la probabilidad de que ocurra un resultado de este tipo es:
                                                            P(a)=f / n


Como frecuencia relativa: 1 probabilística; se basa en las frecuencias relativas. La probabilidad de que un evento ocurra a largo plazo se determina observando en que fracción de tiempo sucedieron eventos semejantes en el pasado. La probabilidad de que un evento suceda se calcula por medio de:
 P (E)       número de veces que el evento ocurrió en el pasado

            Número total de observaciones        
Definición Frecuencial.
La definición frecuentista consiste en definir la probabilidad como el límite cuando n tiende a infinito de la proporción o frecuencia relativa del suceso. Sea un experimento aleatorio cuyo espacio muestral es E Sea A cualquier suceso perteneciente a E Si repetimos n veces el experimento en las mismas Condiciones, la frecuencia relativa del suceso A será: Cuando el número n de repeticiones se hace muy grande la frecuencia relativa converge hacia un valor que llamaremos probabilidad del suceso A. Es imposible llegar a este límite, ya que no podemos repetir el experimento un número infinito de veces, pero si podemos repetirlo muchas veces y observar como las frecuencias relativas tienden a estabilizarse Esta definición frecuentista de la probabilidad se llama también probabilidad a posteriori ya que sólo podemos dar la probabilidad de un suceso después de repetir y observar un gran número de veces el experimento aleatorio correspondiente. Algunos autores las llaman probabilidades teóricas.
Ramon, I. J. (s.f.). www.EstadisticaFacil.com. Obtenido de www.EstadisticaFacil.com: http://www.mitecnologico.com/Main/TeoriaElementalProbabilidad




2.3 PROBABILIDAD DE EVENTOS
           
Al conjunto de todos los resultados posibles de un experimento estadístico se le llama espacio muestral y se representa con el símbolo S.
A cada resultado en un espacio muestral se le llama elemento o miembro del espacio muestral, o simplemente punto muestral. Si el espacio muestral tiene un numero finito de elementos, podemos listar los miembros separados por comas y encerrarlos entre llaves.
Evento:
Un evento simple no se puede descomponer. Cada evento simple corresponde a un y sólo un punto muestral. La letra E con un subíndice se empleará para denotar un evento simple o el correspondiente punto muestral.
Union:
      La unión de dos eventos A y B, que se denota con el simbolo A B, es el evento que contiene todos los elementos que pertenecen a A o a B, o a ambos.
Interseccion:
La intersección de dos eventos A y B, que se denota con el símbolo A B, es el evento que contiene todos los elementos que son comunes a A y a B.
Diagrama de Venn:
Un universo u puede representarse geométricamente por el conjunto de puntos dentro de un rectángulo. En tal caso los subconjuntos de U (como A y B indicados y sombreados en la  se representan por conjuntos de puntos dentro de los  círculos. Tales diagramas denominados diagramas de Venn, sirven para darnos una intuición geométrica respecto a las posibles relaciones entre conjuntos.
      (RONALD E. WALPOLE, RAYMOND H. MYERS, SHARON L. MYERS Y KEYING YE., 2012).”Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias”. (9 ed.). México :PEARSON EDUCACIÓN


2.4 PROBABILIDAD DE TECNICAS DE CONTEO: AXIOMAS Y TEOREMAS.

Primer axioma:

La probabilidad de que ocurra un evento A cualquiera se encuentra entre cero y uno.

0 £ p(A) ³ 1

Ejemplo: La probabilidad de sacar par en un dado equilibrado es 0,5. P(A)=0,5

Segundo Axioma:

La probabilidad de que ocurra el espacio muestral d debe de ser 1.

                                                           p(d) = 1

Ejemplo: La probabilidad de sacar un número del 1 al 6 en un dado equilibrado es "1".

Tercer Axioma: 

Si A y B son eventos mutuamente excluyentes, entonces la,

p(AÈB) = p(A) + p(B)

Ejemplo: La probabilidad de sacar en un dado "as" o sacar "número par" es la suma de las probabilidades individuales de dichos sucesos.

Según este axioma se puede calcular la probabilidad de un suceso compuesto de varias alternativas mutuamente excluyentes sumando las probabilidades de sus componentes.

Generalizando:

Si se tienen n eventos mutuamente excluyentes o exclusivos A1, A2, A3,.....An, entonces;

                               p(A1ÈA2È.........ÈAn) = p(A1) + p(A2) + .......+ p(An)


TEOREMAS

TEOREMA 1. Si f es un evento nulo o vacío, entonces la probabilidad de que ocurra f debe ser cero.

p(f)=0
 
                                    
Ejemplo : La probabilidad de que un estudiante sea mujer es "1 menos la probabilidad de que no sea varón". 

DEMOSTRACIÓN:
Si sumamos a fun evento A cualquiera, como f y A son dos eventos mutuamente excluyentes, entonces p(AfÈ)=p(A) +p(f)=p(A). LQQD

TEOREMA 2. La probabilidad del complemento de A, Ac debe ser,

p(Ac)= 1 – p(A).

DEMOSTRACIÓN:
Si el espacio muestral d, se divide en dos eventos mutuamente exclusivos, A y Ac luego d=AÈAc, por tanto p(d)=p(A) + p(Ac) y como en el axioma dos se afirma que p(d)=1, por tanto, p(Ac)= 1 - p(A) .LQQD

TEOREMA 3. Si un evento A Ì B, entonces la p(A) £ p(B).

DEMOSTRACIÓN:
Si separamos el evento B en dos eventos mutuamente excluyentes, A y B \ A (B menos A), por tanto, B=AÈ(B \ A) y p(B)=p(A) +p(B \ A), luego entonces si p(B \ A)³0 entonces se cumple que p(A)£p(B). LQQD

TEOREMA 4. La p( A \ B )= p(A) – p(AÇB)

DEMOSTRACIÓN: Si A y B son  dos eventos cualquiera, entonces el evento A se puede separar en dos eventos mutuamente excluyentes, (A \ B) y AÇB, por tanto, A=(A \ B)È(AÇB), luego p(A)=p(A \ B) + p(AÇB), entonces, p(A \ B) = p(A) – p(AÇB).  LQQD

TEOREMA 5. Para dos eventos A y B, p(AÈB)=p(A) + p(B) – p(AÇB).

DEMOSTRACIÓN:
Si AÈB = (A \ B) È B, donde (A \ B) y B son eventos mutuamente excluyentes, por lo que p(A È B) = p(A \ B) + p(B) y del teorema anterior tomamos que p(A \ B) = p(A) – p(AÇB), por tanto, p(AÈB) = p(A) + p(B) – p(AÇB).  LQQD

Jacobo, L. (2013) Axiomas y Teoremas de Probabilidad. Recuperado de: http://probabilidadestadistic.blogspot.mx/2010/09/axiomas-y-teoremas-de-la-probabilidad.html




2.5 PROBABILIDAD CONDICIONAL; DEPENDIENTE, INDEPENDIENTE.
Como la probabilidad está ligada a nuestra ignorancia sobre los resultados de la experiencia, el hecho de que ocurra un suceso, puede cambiar la probabilidad de los demás. El proceso de realizar la historia clínica, explorar y realizar pruebas complementarias ilustra este principio.

La probabilidad de que ocurra el suceso A si ha ocurrido el suceso B se denomina probabilidad condicionada y se define
   

Eventos dependientes

Dos o más eventos serán dependientes cuando la ocurrencia o no-ocurrencia de uno de ellos afecta la probabilidad de ocurrencia del otro (o otros). Cuando tenemos este caso, empleamos entonces, el concepto de probabilidad condicional para denominar la probabilidad del evento relacionado. La expresión P (A|B) indica la probabilidad de ocurrencia del evento A sí el evento B ya ocurrió.

Se debe tener claro que A|B no es una fracción.

P (A|B) = P(A y B) / P (B) o P (B|A) = P(A y B) / P(A)

Probabilidad Condicional = P(A y B) / P (B) o P (B|A) = P(A y B) / P(A)

Probabilidad Condicional

Si A y B son dos eventos en S, la probabilidad de que ocurra A dado que ocurrió el evento B es la probabilidad condicional de A dado B, y se denota:A y B son dos eventos en S, la probabilidad de que ocurra A dado que ocurrió el evento B es la probabilidad condicional de A dado B, y se denota:
P(AlB)
 

Eventos Independientes

Dos o más eventos son independientes cuando la ocurrencia o no-ocurrencia de un evento no tiene efecto sobre la probabilidad de ocurrencia del otro evento (o eventos). Un caso típico de eventos independiente es el muestreo con reposición, es decir, una vez tomada la muestra se regresa de nuevo a la población donde se obtuvo.

Dos eventos, A y B, son independientes si la ocurrencia de uno no tiene que ver con la ocurrencia de otro.

Por definición, A es independiente de B si y sólo si:A y B, son independientes si la ocurrencia de uno no tiene que ver con la ocurrencia de otro.

Por definición, A es independiente de B si y sólo si:A es independiente de B si y sólo si:

(PnA)=P(A)P(B)
(RONALD E. WALPOLE, RAYMOND H. MYERS, SHARON L. MYERS Y KEYING YE., 2012).”Probabilidad y estadística para ingeniería y ciencias”. (9 ed.). México :PEARSON EDUCACIÓN


2.6 EVENTOS INDEPENDIENTES REGLA DE BAYES

En la teoría de la probabilidad del teorema de Bayes es un resultado enunciado por Thomas Bayes en 1763 que expresa la condicional de un evento A dado B en términos de la distribución de probabilidad condicional del evento B dado  A y la distribución de sólo  A. En términos más generales y menos matemáticos, el teorema de Bayes es de enorme relevancia puesto que vincula la probabilidad de A dado B con la probabilidad de B dado A. Es decir que sabiendo la probabilidad de tener un dolor de cabeza dado que se tiene gripe, se podría saber (si se tiene algún dato más), la probabilidad de tener gripe si se tiene un dolor de cabeza, muestra este sencillo ejemplo la alta relevancia del teorema en cuestión para la ciencia en todas sus ramas, puesto que tiene vinculación íntima con la comprensión de la probabilidad de aspectos causales dados los efectos observados. Con base en la definición de Probabilidad obtenemos la Fórmula de Bayes, también conocida como la Regla de Bayes:



Probabilidad / Seymour Lipschutz / Libros McGraw- HillProbabilidad y Estadística / Murray R. Spiegel / Libros McGraw-Hill