Тема ФЕТТ (Формула Единства / Третье Тысячелетие)

Вероятности на ФЕ

Вспоминай формулы по каждой теме

Решай новые задачи каждый день

Вдумчиво разбирай решения

ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!

Подтемы раздела фетт (формула единства / третье тысячелетие)

Решаем задачи

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#74788

Двое играют в карточную игру. У каждого есть колода из 30 карт. Каждая карта красная, зелёная или синяя. По правилам красная карта сильнее зелёной, зелёная сильнее синей, а синяя сильнее красной. Карты одного цвета равны. Колода каждого игрока перед началом партии перемешивается и кладётся перед ним рубашкой вверх. После этого оба открывают по верхней карте своей колоды. Если карты разного цвета, то выигрывает тот, чья карта сильнее. Если карты одинаковые, то они уходят в сброс, а игроки открывают ещё по одной карте - и так до тех пор, пока карты не окажутся различными. Если же обе колоды кончились, а победитель не выявлен, объявляется ничья.

Известно, что у первого игрока в колоде по 10 карт каждого цвета. Второй игрок имеет право взять любую колоду из 30 карт. Может ли он подобрать колоду так, чтобы вероятность его выигрыша была больше 1/2?

Источники: ФЕ-2022, 11.5 (см. www.formulo.org)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Разберемся с ответом. Если мы хотим доказывать, что нет, то нам надо доказывать, что для всевозможных колод у второго вероятность будет меньше 1/2. Это вообще непонятно как делать. А вот если же мы хотим доказывать, что ответ - да, то нам надо привести всего одну «хорошую» колоду. Давайте подумаем, если у нас дано количество синих, красных и зеленых карт каждого человека, то как бы для нас удобно было бы выражать вероятность, ведь наши переменные никак друг от друга не зависят(мы хотим выразить в общем случае вероятность и подставить одну и ту же переменную вместо всех для первого игрока в конце).

Подсказка 2

Наверное было бы удобно делать это рекуррентой, поскольку игра идет по шагам. Мы хотим как-то зафиксировать нашу конструкцию. Давайте подумаем как это можно было бы сделать не вводя кучи переменных. Пусть у нас r, g, b — количество соответственно красных, зеленых и синих карт у первого. Тогда, если мы хотим доказать, что при какой-то колоде все хорошо, то либо нам опять рассматривать все колоды и как-то усреднять (что то же самое, что и доказывать, что ответ «нет», в смысле рассмотрения всевозможных колод), либо брать какую-то конкретную колоду, методом крайнего. Какие колоды при этом кажутся интуитивными в таком случае?

Подсказка 3

Во-первых, интуитивной кажется колода копирующая первого игрока, но чисто навскидку, ситуации симметричны и вряд ли там будет строго больше 1/2 вероятность. Давайте также поймем, что скорее всего число 30 здесь просто так, кроме разве что того, что оно кратно 3. А это значит, что по нашему предположению, мы можем масштабировать колоду, при этом не меняя кардинально конструкцию взятия колоды второму, чтобы было выполнено условие. Но тогда это значит, что мы либо берём какую-то фиксированную долю от колоды для каждого цвета, а если так, то нужны еще согласованности с делимостью на эту долю и это как-то все очень шатко, если мы предполагаем, что можно масштабировать. Это наталкивает нас на мысль, что по хорошему бы брать какое то маленькое (чтобы и для маленьких размеров колод, скажем, меньших 30 условие было выполнено) фиксированное число карт одного цвета, тоже самое с другим, и все остальное - третьего цвета.

Подсказка 4

Чтобы можно было брать маленькое число карт в колоде и все работало, хотелось бы брать по 0 или 1 карте каких-то двух цветов, а все остальное отдавать другому. Ну и при этом понятно, что если мы будем выражать реккурентой нашу вероятность, то если мы, скажем, возьмем 1 зеленый, 1 синий и остальное - красным, то нам надо будет еще выражать как-то реккуренту для подсчета, когда у нас 0 зеленых, 1 синий и остальные - красные, 1 зеленых, 0 синих, остальные - красные, а также 0 зеленых, 0 синих, остальные -красные. Что как бы муторно. Тогда давайте возьмем остальные красными, а одну либо синей, либо зеленой.

Подсказка 5

Теперь надо выбрать - зеленая или синяя, но чисто интуитивно, чтобы вероятность была повыше, нам хотелось бы взять карту, как бы посильнее чем остальные, то есть красные. Ну тогда, давайте возьмем синюю. И теперь будем искать вероятность реккурентно. Напишите эти реккуренты, как мы выяснили, для вероятности, когда одна синяя, а остальные красные и когда только красные.

Подсказка 6

Если вероятность победы второго, когда только красные это v(r, g, b), где r, g, b - кол-во красных, зеленых и синих у первого соответственно, то v(r, g, b) = (g * 1 + r * v(r - 1, g, b)) / (r + g + b) - просто перебираем исходы и варианты, когда победим.

Подсказка 7

Напишите такую же рекурренту для u(r, g, b), где это вероятность когда одна синяя и остальные красные(очевидно, она будет выражаться через себя и v(r, g, b)), после чего попробуйте и для v, и для u найти общий вид реккуренты (очевидно, сначала для v, так как она проще и в итоге, искать надо u), перебирая маленькие значения, после чего задача будет решена.

Подсказка 8

Не забудьте доказать эти формулы по индукции, найдя базу и сделав переход (быть может сам переход натолкнет вас на вид, как должны выглядеть v и u).

Показать ответ и решение

Рассмотрим колоду, в которой одна синяя карта, а все остальные красного цвета. Найдём в этом случае вероятность выигрыша второго игрока. Пусть $u(r,g,b)−$ вероятность выигрыша, когда у первого игрока $r$ красных карт, $g$ зелёных, $b$ синих, а у второго одна синяя и все остальные красные (при условии $r+ g+ b>0$ ). Также пусть $v(r,g,b)$ - вероятность выигрыша, когда у второго игрока все карты красные.

Легко видеть, что

g⋅1+ r⋅v(r− 1,g,b) v(r,g,b)= ----r+-g+-b-----

при $r+ g+b> 0$ (если у первого выпала зелёная, то второй выиграл, если синяя, то проиграл, если красная, то игроки потратили по одной красной карте и продолжили игру). Ясно также, что $v(0,0,0)= 0$ (в этом случае будет ничья). Отсюда по индукции получаем, что $v(r,g,b)= gg+b$ при $g+ b> 0$ и $v(r,0,0)= 0$ .

Аналогично

u(r,g,b)= g(r+g+-b−-1)+r(1+(r+-g+-b− 1)u(r−-1,g,b))+-bv(r,g,b−-1)) (r+ g+ b)2

(Здесь мы рассматриваем всевозможные пары ходов: одна из $r+ g+b$ карт первого и одна из такого же количества карт второго. Если у первого выпала зелёная, то второй выиграет во всех случаях, кроме одного; если красная, то второй либо выкладывает синюю и побеждает, либо выкладывает красную и попадает в аналогичную игру с меньшим числом карт; если у первого синяя, то второй имеет шанс на выигрыш, только если выложит синюю и попадёт в новую игру со всеми красными). Кроме этого, $u(1,0,0)=1,$ $u(0,1,0)= u(0,0,1)= 0$ .

Легко проверить (догадаться сложнее... можно, например, угадать формулу, вручную посчитав вероятности для малых $r,g,b$ ), что эти равенства задают формулу

(r⋅(g+1) g⋅b g⋅(g− 1)) 1 u(r,g,b)= g-+b+-1 +g-+b−-1 +--g+-b- ⋅r+-g+b-

при $g+ b>1$ . Тогда

u(n,n,n)= 1 +----12--- > 1 2 6n(4n − 1) 2

при всех $n > 0$ , в том числе и при $n = 10$ .

Ответ: да

Бандлы и наборы

Комбо-тарифы сразу по нескольким предметам

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 2#94762

Соревнование по бегу на непредсказуемую дистанцию проводится следующим образом. На круглой беговой дорожке случайным образом (с помощью вращающейся стрелки) выбираются две точки $A$ и $B$ , после чего спортсмены бегут из $A$ в $B$ по более короткой дуге. Зритель купил билет на стадион и хочет, чтобы спортсмены пробежали мимо его места (тогда он сможет сделать удачную фотографию). Какова вероятность, что это случится?

Источники: ФЕ - 2021, 11.5 (см. www.formulo.org)

Подсказки к задаче

Подсказка 1

Надо бы понять, при каких расположениях точек А и В спортсмены пробегут мимо зрителя. Попробуйте нарисовать круговую дорожку и поотмечать такие пары точек, попробовать выявить критерий.

Подсказка 2

Давайте примем длину дорожки за единицу и обозначим длины дуг по часовой стрелке от А и В до зрителя за x и y. При каком условии на х, y спортсмены пробегут мимо зрителя?

Подсказка 3

Можем просто записать условие, что длина дуги, проходящая мимо зрителя, меньше длины второй дуги. Остаётся найти вероятность! Какие значения могут принимать x, y? Может быть, можем изобразить множество, соответствующее всем парам (x, y)? А каким будет множество подходящих пар?

Подсказка 4

Ага, множество пар — квадратик со стороной 1! И множество подходящих пар тоже можем изобразить: для этого нужно раскрыть модуль у нашего критерия на подходящие А и В. И остаётся посчитать площади и найти геометрическую вероятность!

Показать ответ и решение

Отождествим каждую точку дорожки с её расстоянием до зрителя по часовой стрелке. Тогда пары $(A,B)$ можно отождествить с парами чисел из $[0,1)$ (длину всей дорожки примем за единицу). При этом вероятность того, что $(A,B)$ принадлежит некоторому подмножеству $[0,1)×[0,1)$ , равна площади этого подмножества. Нас интересует множество таких $(A,B)$ , что $1 |A− B|> 2$ (в этом случае кратчайшая дуга проходит через 0), это пара треугольников общей площадью $1 4$ :

$PIC$

Ответ: 0,25

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 3#97439

В противоположных углах шахматной доски стоят Красная и Белая Королевы. Раз в минуту они случайным образом переходят на соседнюю по стороне клетку (одна только вправо или вверх, другая только влево или вниз). Какова вероятность, что они одновременно окажутся в одной клетке (и будут стоять там вместе в течение минуты)?

Показать ответ и решение

Допустим, что королевы встретились в одной клетке. Заметим, что «расстояние в ходах королев» между противоположными углами равно 14 , поэтому встретились королевы в момент, когда каждая совершила по 7 ходов. Траектории двух королев, взятые вместе, образуют 14-звенную ломаную. Количество таких ломаных равно $7 C14$ (чтобы задать ломаную, надо выбрать, какие 7 из 14 звеньев вертикальны), и это и есть количество подходящих способов движения королев. Общее же количество способов движения за 7 ходов равно $7 7 14 2 ⋅2 = 2$ , и они равновероятны (каждая королева в каждый момент выбирает одно из направлений движения; оба направления возможны, поскольку они ещё не упёрлись в край доски). Значит, искомая вероятность равна $7 14 11 C14 :2 = 429 :2$ .

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Возможно и такое рассуждение, приводящее к другой форме ответа. Все клетки, удалённые от углов на равное число ходов (а именно на 7 ходов), лежат на диагонали доски. Для каждой клетки диагонали найдём количество ситуаций, при которых обе королевы за 7 ходов дошли до неё. Пусть $k$ - номер клетки на диагонали (от 0 до 7), тогда число путей для любой из королев до этой клетки равно $Ck7$ (из 7 ходов $k$ в одном направлении, остальные в другом). Столько же способов для другой королевы. Значит, всего есть $( )2 Ck7$ способов встретиться в этой клетке. Суммируя количество способов встретиться на каждой из клеток и деля на общее количество ситуаций, получаем вероятность $∑ ( ) 7k=0Ck72 :214$ .