Ιδιαίτερα μαθήματα - group 2-3 φοιτητών
Τα μαθήματα γίνονται είτε στο χώρο σας, είτε σε δικό μας χώρο.
Αν θέλετε, μπορείτε να οργανώσετε ένα group με τους συμφοιτητές σας και να επωφεληθείτε από τη χαμηλότερη τιμή ανά άτομο.
Παρακάτω θα βρείτε υπενθυμίσεις και σχόλια πάνω στην ύλη, λυμένα παραδείγματα για εξάσκηση και γενικότερα ό,τι μπορεί να σας διευκολύνει στη μελέτη σας.
Ας ξεκινήσουμε με το παρακάτω τυπολόγιο που συνοψίζει τη χρήση όλων των τύπων της συνδυαστικής:
Συνοπτική παρουσίαση της θεωρίας και πάρα πολλά παραδείγματα μπορείτε να βρείτε εδώ.
Οι τρόποι που μπορούν να μπουν τα 11 βιβλία σε σειρά είναι 11! (πρόκειται για μεταθέσεις 11 αντικειμένων).
Ο πιο απλός τρόπος είναι απλώς να μετρήσουμε: Πρώτα τα 4 βιβλία των μαθηματικών με 4! τρόπους. Έπειτα, για κάθε έναν από αυτούς τους τρόπους, 4 βιβλία βιολογίας και χημείας με 4! τρόπους. Τέλος, για κάθε έναν από αυτούς τους τρόπους, 3 βιβλία φυσικής με 3! τρόπους.
Μπρούμε να το δούμε και αλλιώς, ως συνέχεια του πρώτου ερωτήματος: πρώτα απ'όλα, ο δειγματικός μας χώρος εξακολουθεί να είναι οι 11! μεταθέσεις των 11 αντικειμένων. Επειδή στον δειγματικό χώρο έχουμε υπολογίσει τις 4! μεταξύ τους μεταθέσεις των 4ων βιβλίων μαθηματικών και τις 3! μεταθέσεις των 3ων βιβλίων φυσικής, πρέπει να τις υπολογίσουμε και στις ευνοϊκές περιπτώσεις (ή αλλιώς να διαιρέσουμε το 11! με 3!4! ώστε να αντιστοιχίσουμε όλους αυτούς τους διαφορετικούς τρόπους σε έναν, τα "πακεταρισμένα" βιβλία φυσικής και μαθηματικών, όπως το αντιλαμβάνεται καθείς, είναι ακριβώς το ίδιο, το 11! και το γινόμενο 3!4! διαιρούνται). Στη μέση βρίσκονται άλλα 4 βιβλία τα οποία μπορούν να διαταχθούν με 4! τρόπους. Συνεπώς η ζητούμενη πιθανότητα είναι: \(\rm \frac{4!4!3!}{11!}\) .
Στα "πακεταρισμένα" βιβλία κάθε θεματικής ενότητας μας νοιάζει η μεταξύ τους σειρά, οπότε όλες τις εσωτερικές αναδιατάξεις κάθε θεματικής ενότητας πρέπει να τις συμπεριλάβουμε στις ευνοϊκές περιπτώσεις (για το τι συμπεριλαμβάνουμε στις ευνοϊκές περιπτώσεις, πάντα οδηγό μας έχουμε τον δειγματικό χώρο). Άρα από τις μεταξύ τους μεταθέσεις θα έχουμε στον αριθμητή: 4!2!2!3! και επειδή τα τέσσερα πακέτα μπορούν να διαταχθούν με 4! τρόπους, έχουμε συνολικά 4!4!2!2!3! τρόπους, συνεπώς η πιθανότητα είναι: \(\rm \frac{4!4!2!2!3!}{11!}\) .
Η συμπληρωματική πιθανότητα είναι κανένα βιβλίο να μην είναι μαθηματικών ή βιολογίας. Αυτό μπορεί να συμβεί με πιθανότητα \(\rm \frac{5}{11}\) στην πρώτη προσπάθεια, \(\rm \frac{4}{10}\) στη δεύτερη και \(\rm \frac{3}{9}\) στην τρίτη προσπάθεια. Οπότε η ζητούμενη πιθανότητα είναι: \(\rm 1-\frac{5\cdot4\cdot3}{11\cdot10\cdot9}\)
Βλέπουμε, δηλαδή, πως το συμπληρωματικό ενδεχόμενο του "τουλάχιστον ένα" είναι το "κανένα" και είναι πολύ ευκολότερο να το υπολογίσουμε!
Μας ζητάει την κατάταξη των 16 ομάδων, δηλαδή διάταξη 16 διακεκριμένων στοιχείων με συγκεκριμένο τρόπο. Ξεκινάμε την αρίθμηση:
Στην πρώτη θέση θα βρίσκεται μία από τις 6 ομάδες τις πρωτεύουσας άρα η θέση αυτή καλύπτεται με 6 διαφορετικούς τρόπους. Για κάθε έναν από αυτούς (πολλαπλασιαστική αρχή) η δεύτερη θέση θα καλυφθεί με με 8 διαφορετικούς τρόπους, για κάθε έναν από τους οποίους η τρίτη θέση θα καλυφθεί με 2 τρόπους. Τις υπόλοιπες 13 θέσεις θα τις καταλάβουν οι ομάδες που απομένουν με 13! τρόπους (μεταθέσεις 13 στοιχείων). Τελικά οι τρόποι κατάταξης των ομάδων ώστε η πρώτη
να είναι από την πρωτεύουσα, η δεύτερη από την υπόλοιπη ηπειρωτική χώρα και η τρίτη από
τη νησιωτική χώρα είναι: \(\rm 6\cdot8\cdot2\cdot13!\)
Η απάντηση προκύπτει άμεσα από το παραπάνω ερώτημα, αν υπολογίσουμε επιπλέον τις μεταθέσεις των τριών πρώτων θέσεων. Άρα οι τρόποι κατάταξης των ομάδων ώστε στις 3 πρώτες θέσεις να βρίσκεται μία ομάδα από κάθε περιοχή της χώρας είναι: \(\rm 3!\cdot6\cdot8\cdot2\cdot13!\)
Βάσει των όσων σχολιάσαμε στο πρώτο ερώτημα, είναι προφανές ότι η αρίθμηση έχει ως εξής:
1η θέση: 6 τόποι. 2η θέση: 5 τρόποι. 3η θέση: 4 τρόποι. 4η θέση: 8 τρόποι. 5η θέση: 7 τρόποι. 6η θέση: 6 τρόποι. 7η θέση: 5 τρόποι. Υπόλοιπες θέσεις: 9! τρόποι. Άρα οι τρόποι κατάταξης των ομάδων ώστε να
βρίσκονται 3 ομάδες από την πρωτεύουσα στις 3 πρώτες θέσεις και 4 ομάδες από την
υπόλοιπη ηπειρωτική χώρα στις επόμενες 4 θέσεις είναι: \(\rm 6\cdot5\cdot4\cdot8\cdot7\cdot6\cdot5\cdot9!\)
Προφανώς \(\rm 6\cdot8\cdot2\cdot13!<3!\cdot6\cdot8\cdot2\cdot13!\) .
Έπειτα δείχνουμε ότι: \(\rm \frac{3!\cdot6\cdot8\cdot2\cdot13!}{6\cdot5\cdot4\cdot8\cdot7\cdot6\cdot5\cdot9!}>1\) , συνεπώς, αφού όλα τα ενδεχόμενα έχουν ως δειγματικό χώρο τις μεταθέσεις των 16 στοιχείων το πιθανότερο είναι το ενδρχόμενο του ερωτήματος (ii) με πιθανότητα: \(\rm \frac{3!\cdot6\cdot8\cdot2\cdot13!}{16!}=\frac{6}{35}\) .
O δειγματικός μας χώρος είναι οι 25! μεταθέσεις των 25 φοιτητών. Αρχίζουμε την αρίθμηση των ευνοϊκών ενδεχομένων:
Η πρώτη θέση μπορεί να συμπληρωθεί με 10 διαφορετικούς τρόπους, για κάθε έναν από τους οποίους (πολλαπλασιαστική αρχή) η δεύτερη θέση μπορεί να συυμπληρωθεί με 9 τρόπους. Οι υπόλοιποι 23 φοιτητές κατατάσσονται τυχαία με 23! τρόπους. Άρα η ζητούμενη πιθανότητα είναι: \(\rm \frac{10\cdot9\cdot23!}{25!}=\frac{10\cdot9}{25\cdot24}=\frac{3}{20}\) .
B' τρόπος:
Παρατηρώντας το απλοποιημένο κλάσμα \(\rm \frac{10\cdot9}{25\cdot24}\) , παρατηρούμε πως -ΕΦΟΣΟΝ ΤΟ ΖΗΤΟΥΜΕΝΟ ΕΙΝΑΙ Η ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ- μπορούμε να κάνουμε αντίστοιχη απλοποίηση στο σκεπτικό μας κατά την αρίθμηση. Έτσι, μπορούμε να σκεφτούμε για τα ευνοϊκά ενδεχόμενα: η πρώτη θέση με 10 τρόπους, η δεύτερη με 9, οι υπόλοιπες 23 με τους υπόλοιπους τρόπους, ενώ για το δειγματικό χώρο: η πρώτη θέση με 25 τρόπους, η δεύτερη με 24 τρόπους, οι υπόλοιπες 23 με τους υπόλοιπους τρόπους.
Γ' τρόπος:
Βάσει του παραπάνω σκεπτικού θα μπορούσαμε να μετρήσουμε ως εξής: Στις δύο πρώτες θέσεις 2 Αθηναίοι, άρα ευνοϊκές περιπτώσεις οι συνδυασμού των 10 ανά 2 : \(\rm \binom{10}{2}\) και οι υπόλοιπες 23 θέσεις με τους υπόλοιπους τρόπους, ενώ ο δειγματικός χώρος θα είναι: οι συνδυασμοί όλων των φοιτητών ανά δύο \(\rm \binom{25}{2}\) και οι υπόλοιπες 23 θέσεις με τους υπόλοιπους τρόπους. Πάλι καταλήγουμε στην ίδια πιθανότητα.
ΠΡΟΣΟΧΗ:
(α) Οι παραπάνω μέθοδοι καταλήγουν στο ίδιο αποτέλεσμα γιατί το ζητούμενο είναι η πιθανότητα. Αν το ζητούμενο ήταν ΟΛΟΙ οι διαφορετικοί τρόποι ώστε... (πχ κατάταξη των 25 φοιτητών ώστε στις 2 πρώτες θέσεις να είναι Αθηναίοι) τότε υπάρχει μοναδική απάντηση ( \(\rm 10\cdot9\cdot23!\) )
(β) Προσέχουμε πάντα ευνοϊκές περιπτώσεις και δειγματικός χώρος να αντιστοιχούν στο ίδιο πράγμα. Μεταθέσεις για δειγματικό χώρο; Μεταθέσεις για ευνϊκά ενδεχόμενα. Συνδυασμοί για ευνοϊκά ενδεχόμενα; Συνδυασμοί για δειγματικό χώρο.
Το ενδεχόμενο "τουλάχιστον ένας από τους δύο φοιτητές που τοποθετούνται πρώτοι στη σειρά να είναι από την Αθήνα" είναι συμπληρωματικό του ενδεχομένου "κανένας από τους δύο φοιτητές που τοποθετούνται πρώτοι στη σειρά να μην είναι από την Αθήνα". Αυτό σημαίνει ότι και οι δύο πρώτες θέσεις πρέπει να καλυφθούν από φοιτητές της υπόλοιπης χώρας, το οποίο γίνεται με \(\rm 15\cdot14\) τρόπους, ενώ όλα τα δυνατά ενδεχόμενα για την κάλυψη των δύο πρώτων θέσεων είναι: \(\rm 25\cdot24\) . Άρα η πιθανότητα αυτού του ενδεχομένου είναι: \(\rm \frac{15\cdot14}{25\cdot24}=\frac{7}{20}\) , συνεπώς η ζητούμενη πιθανότητα είναι: \(\rm 1-\frac{7}{20}=\frac{13}{20}\) .
Τα ενδεχόμενα \(\rm A\) και \(\rm Β\) καλούνται ασυμβίβαστα αν είναι ξένα μεταξύ τους, δηλαδή αν: \(\rm A\cap B=\varnothing\)
Η παραπάνω σχέση ερμηνεύεται εύκολα αν σκεφτούμε ότι η πληροφορία για την πραγματοποίηση του ενδεχόμενου Β περιορίζει τον δειγματικό χώρο Ω στα στοιχεία του Β και το ενδεχόμενο Α στα στοιχεία του Α\(\rm \cap\)Β.
Τα ενδεχόμενα \(\rm A\) και \(\rm Β\) καλούνται ανεξάρτητα αν και μόνο αν \(\rm P(A|B)=P(A)\) και \(\rm P(Β|Α)=P(B)\)
συνεπώς:
Ισχύουν:
To παραπάνω καλείται "Πολλαπλασιαστικό Θεώρημα" και αποδεικνύεται επαγωγικά.
To παραπάνω καλείται "Θεώρημα ολικής πιθανότητας" και αποδεικνύεται πολύ εύκολα.
To παραπάνω καλείται "Θεώρημα του Bayes" και η απόδειξή του είναι άμεση βάσει των προηγούμενων δύο θεωρημάτων.
Ένα καλό παράδειγμα για να κατανοήσουμε τη χρήση του είναι το ακόλουθο:
Σε διαγώνισμα πολλαπλής επιλογής δίνονται, για κάθε ερώτηση, ν απαντήσεις από τις οποίες μόνο μία είναι σωστή. Αν ο εξεταζόμενος έχει, σύμφωνα με τις γνώσεις του, πιθανότητα p να γνωρίζει τη σωστή απάντηση, ποια η πιθανότητα να γνώριζε τη σωστή απάντηση με δεδομένο ότι απάντησε σωστά;
Θέτουμε Α το ενδεχόμενο ο εξεταζόμενος να γνωρίζει την απάντηση και Β το ενδεχόμενο να απαντήσει σωστά. Ζητάμε το ενδεχόμενο P(A|B).
Λάθος τρόπος:
Εφαρμογή του τύπου της δεσμευμένης πιθανότητας με λάθος τρόπο: \(\rm P(A|B)=\frac{P(A\cap B)}{P(B)}=\frac{P(A)P( B)}{P(B)}=P(A)\) . Τι παρανοήσεις έχουν γίνει; Έχουμε θεωρήσει τα ενδεχόμενα Α και Β ανεξάρτητα (
Δεύτερο πιθανό λάθος:
Δεν θεωρούμε ανεξάρτητα τα ενδεχόμενα Α και Β γράφοντας σωστά τον αριθμητή \(\rm P(A)P(B|Α)\) , αλλά στον παρονομαστή να βάλουμε κατευθείαν \(\rm P(Β)=\frac{1}{v}\) . To λάθος εδώ είναι πως ο εξεταζόμενος θα απαντήσει σωστά με πιθανότητα \(\rm \frac{1}{v}\) μόνο αν δεν γνωρίζει τη σωστή απάντηση, ενώ θα απαντήσει σωστά με πιθανότητα 1 αν την γνωρίζει. Έχουμε δηλαδή δύο διαφορετικά "σύμπαντα" τα οποία πρέπει να λάβουμε υπόψη μας: ο μαθητής γνωρίζει και απαντάει σωστά ή (
Σωστός τρόπος:
Βάσει των όσων αναφέραμε παραπάνω, η σωστή αντιμετώπιση είναι μέσω του τύπου του Bayes: \(\rm P(A|B)=\frac{P(A)P(B|Α)}{P(Α)P(B|A)+P(Α')P(B|A')}\) , όπου:
\(\rm P(A)=p \:\:,\:\: P(A')=1-p \:\:,\:\: P(B|A)=1 \:\:,\:\: P(B|A')=\frac{1}{v} \)
Αν το παραπάνω παράδειγμα σας ζόρισε λίγο, μην αποθαρρύνεστε. Σκεφτείτε ότι είδαμε αρκετές παγίδες και συζητήσαμε αρκετά πράγματα για αρχή.
Τα πράγματα θα ξεκαθαρίσουν με τη λύση των ασκήσεων που ακολουθούν.
Λάθος:
\(\rm P(A)>P(A') \Leftrightarrow P(A)>1-P(A) \Leftrightarrow 2P(A)>1 \Leftrightarrow P(A)>0.5\)
Σωστό:
Τα δύο ενδεχόμενα δεν είναι ασυμβίβαστα αφού \(\rm P(A)+P(B)>1\) άρα \(\rm P(A\cap B)\neq0\) .
Τα δύο ενδεχόμενα είναι ανεξάρτητα αφού:
\(\rm P(A\cap B)=P(A)+P(B)-P(A\cup B)=0.28=P(A)P(B)\)
Στόχος:
Το υλικό που παρατίθεται σε αυτή την ενότητα είναι μια προσπάθεια να παρουσιάσουμε τη δουλειά μας. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο τρόπος προσέγγισης της θεωρίας και της λύσης των ασκήσεων είναι μοναδικός.
Το πλεονέκτημα των ιδιαίτερων μαθημάτων είναι ότι ο καθηγητής έχει την άνεση να εξηγήσει κάτι με περισσότερους τρόπους, ώστε ο φοιτητής να είναι σίγουρος ότι το έχει κατανοήσει πλήρως.