Problema resuelto al detalle
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6 resultados idénticos seguidos en 100 lanzamientos de una moneda equilibrada 5 pasos
100 lanzamientos de una moneda equilibrada, y la pregunta es si en algún lugar de ellos aparecen 6 resultados idénticos seguidos. Cuente las secuencias que se libran —pero las 2¹⁰⁰ secuencias no se van a contar de una en una.
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Divida una secuencia en sus rachas máximas. Librarse de una racha de 6 significa que cada racha tiene una longitud de 5 o menos, de modo que lo que está contando son las formas de escribir 100 como una suma ordenada de partes de 1 a 5, duplicado porque el primer lanzamiento puede ser cualquiera de las dos caras. Llame R(i) a ese recuento: una racha inicial de longitud j deja R(i − j) detrás, y las cinco longitudes permitidas dan cinco términos.
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Divida entre 2N para trabajar con probabilidades en lugar de recuentos, y cada parte de longitud j aporta un factor 2−j consigo. Cualquier valor inferior a 6 lanzamientos es seguro de por sí, de modo que q1 a q5 valen 1, y el primer valor real se puede comprobar a mano: exactamente 2 de las 64 secuencias de seis lanzamientos son todas iguales, por lo que q6 = 31/32.
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Hasta 11 lanzamientos hay un atajo, porque dos rachas separadas de 6 necesitan 12 lanzamientos para caber una al lado de la otra. Por debajo de eso, ninguna secuencia puede contener dos, de modo que la probabilidad de una racha es exactamente su número esperado: 2/64 para una racha que comienza en el lanzamiento 1, y 1/64 para cada comienzo posterior, que también requiere que el lanzamiento anterior sea diferente. Con N = 10 eso es 6/64, por lo que q10 = 29/32 = 0,90625 sin ninguna aproximación.
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Más allá de 11 lanzamientos, los sucesos se solapan y el atajo de recuento deja de funcionar, pero la recurrencia se estabiliza en un decaimiento geométrico constante. Sustituir qN = AxN deja cinco potencias de 2x que suman 1, y la fórmula de la serie geométrica pliega esos cinco términos en uno solo: y = 2 − y−5, con y = 2x. Al iterar desde y = 2, converge en cuatro pasos —1,968750, 1,966190, 1,965969, 1,965950— a y = 1,965948, por lo que x = 0,982974.
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Noventa lanzamientos separan el anclaje exacto en N = 10 del objetivo en N = 100. El decaimiento geométrico apenas ha comenzado en N = 10, por lo que se trata de una aproximación, pero la corrección se extingue lo bastante rápido como para reproducir los dos decimales que la herramienta muestra a partir de su recurrencia exacta.
Respuesta
El 19,32 % de las secuencias de 100 lanzamientos se libran, por lo que el 80,68 % de la tabla indica que una racha de 6 es el resultado habitual, no uno insólito. El número que contiene la lección es 0,982974: cada lanzamiento adicional reduce la probabilidad de librarse en un 1,7 %, reduciéndola a la mitad cada 40,4 lanzamientos. Si se calcula hacia atrás, las probabilidades se igualan a los 45 lanzamientos; si se calcula hacia adelante, 180 lanzamientos dejan menos del 5 % de las secuencias intactas. La columna simulada situada junto a la exacta es un tipo de número diferente. Una estimación de 1000 ensayos para un suceso del 80,68 % conlleva una desviación típica de √(0,8068×0,1932/1000) = 1,25 puntos porcentuales, por lo que se mueve más de un punto entero entre ejecuciones, e incluso en el límite de 10 000 ensayos de esta herramienta sigue siendo de ±0,39 puntos. El segundo decimal de la columna exacta significa algo y el de la simulada no puede significarlo, que es precisamente lo que mide la fila z inferior.
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Referencias (2)
- Insight block 3 — why a fabricated coin-flip log gives itself away: T. P. Hill, "The Difficulty of Faking Data." CHANCE 12(3), 27–31, 1999.
- And the general result behind the tool: P. Diaconis and F. Mosteller, "Methods for Studying Coincidences." Journal of the American Statistical Association 84(408), 853–861, 1989 — why surprising runs are expected rather than remarkable.