Problema resolvido na íntegra
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6 resultados idênticos seguidos em 100 lançamentos de uma moeda justa 5 passos
100 lançamentos de uma moeda equilibrada, e a questão é se 6 resultados idênticos seguidos surgem algures neles. Conte as sequências que escapam — mas 2¹⁰⁰ sequências não serão contadas uma a uma.
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Divida uma sequência nas suas corridas maximais. Escapar a uma sequência seguida de 6 significa que cada corrida tem comprimento 5 ou inferior, pelo que o que está a contar é o número de formas de escrever 100 como uma soma ordenada de parcelas de 1 a 5, duplicado porque o primeiro lançamento pode ser qualquer uma das faces. Chame a essa contagem R(i): uma corrida inicial de comprimento j deixa R(i − j) para trás, e os cinco comprimentos permitidos dão cinco termos.
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Divida por 2N para trabalhar com probabilidades em vez de contagens, e cada parcela de comprimento j traz consigo um fator 2−j. Qualquer valor inferior a 6 lançamentos é imediatamente seguro, pelo que q1 a q5 são 1, e o primeiro valor real pode ser verificado à mão: exatamente 2 das 64 sequências de seis lançamentos são totalmente iguais, logo q6 = 31/32.
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Até 11 lançamentos existe um atalho, porque duas corridas distintas de 6 precisam de 12 lançamentos para caberem lado a lado. Abaixo disso nenhuma sequência pode conter duas, pelo que a probabilidade de uma sequência seguida é exatamente o seu valor esperado — 2/64 para uma corrida que comece no lançamento 1, e 1/64 para cada início posterior, que também necessita que o lançamento anterior seja diferente. Para N = 10 isso é 6/64, logo q10 = 29/32 = 0,90625 sem qualquer aproximação.
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Para além dos 11 lançamentos os acontecimentos sobrepõem-se e o atalho de contagem deixa de funcionar, mas a recorrência estabiliza num decaimento geométrico constante. Substituir qN = AxN deixa cinco potências de 2x com soma igual a 1, e a fórmula da série geométrica reduz esses cinco termos a um só: y = 2 − y−5, com y = 2x. Iterando a partir de y = 2, converge em quatro passos — 1,968750, 1,966190, 1,965969, 1,965950 — para y = 1,965948, logo x = 0,982974.
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Noventa lançamentos separam a âncora exata em N = 10 do objetivo em N = 100. O decaimento geométrico mal começou em N = 10, pelo que se trata de uma aproximação, mas a correção diminui suficientemente depressa para reproduzir as duas casas decimais que a ferramenta apresenta a partir da sua recorrência exata.
Resposta
19,32% das sequências de 100 lançamentos escapam, pelo que os 80,68% da tabela indicam que uma corrida de 6 é o resultado comum, não o estranho. O número que traz a lição é 0,982974: cada lançamento adicional reduz a sua probabilidade de escapar em 1,7%, reduzindo-a para metade a cada 40,4 lançamentos. Faça o raciocínio inverso e probabilidades iguais surgem aos 45 lançamentos; faça-o para a frente e 180 lançamentos deixam menos de 5% das sequências limpas. A coluna simulada ao lado da coluna exata é um tipo diferente de número. Uma estimativa com 1000 ensaios de um acontecimento de 80,68% tem um desvio-padrão de √(0,8068×0,1932/1000) = 1,25 pontos percentuais, pelo que flutua mais de um ponto inteiro entre execuções, e mesmo no limite desta ferramenta de 10 000 ensaios continua a ser de ±0,39 pontos. A segunda casa decimal da coluna exata significa algo e a da coluna simulada não pode significar — que é precisamente o que a linha z por baixo está a medir.
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Referências (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.