Kuler i boks og hypergeometrisk sannsynlighet

Kuler i boks og hypergeometrisk sannsynlighet

I en boks ligger det et ukjent antall røde og hvite kuler. Du trekker tre kuler uten tilbakelegging.

Hva er det minste antallet røde kuler og hvite kuler det kan være i boksen for at sannsynligheten skal være mellom 17 % og 18 % for at alle kulene du trekker, er hvite?

Fasit

5 hvite og 3 røde kuler (totalt 8 kuler). P=52817,9%P = \dfrac{5}{28} \approx 17{,}9 \,\%

LøsningsforslagKI-generert

Siden kulene trekkes uten tilbakelegging, er dette en hypergeometrisk situasjon. La

  • mm = antall hvite kuler
  • nn = antall røde kuler
  • T=m+nT = m + n = totalt antall kuler

Antall måter å trekke 3 hvite av mm hvite er (m3)\binom{m}{3}, og antall måter å trekke 3 kuler av TT totalt er (T3)\binom{T}{3}. Sannsynligheten for at alle tre er hvite blir

P(alle hvite)=(m3)(T3)=m(m1)(m2)T(T1)(T2)P(\text{alle hvite}) = \frac{\binom{m}{3}}{\binom{T}{3}} = \frac{m(m-1)(m-2)}{T(T-1)(T-2)}

Vi trenger 0,17<P<0,180{,}17 < P < 0{,}18, og vi vil finne minste TT (færrest mulig kuler totalt).

Vi må ha m3m \geq 3 (ellers kan vi ikke trekke tre hvite). Vi prøver systematisk fra T=4T = 4:

mm (hvite)nn (røde)TT (totalt)P=(m3)(T3)P = \dfrac{\binom{m}{3}}{\binom{T}{3}}Innenfor?
31414=0,250\tfrac{1}{4} = 0{,}250Nei
325110=0,100\tfrac{1}{10} = 0{,}100Nei
415410=0,400\tfrac{4}{10} = 0{,}400Nei
336120=0,050\tfrac{1}{20} = 0{,}050Nei
426420=0,200\tfrac{4}{20} = 0{,}200Nei
5161020=0,500\tfrac{10}{20} = 0{,}500Nei
3471350,029\tfrac{1}{35} \approx 0{,}029Nei
4374350,114\tfrac{4}{35} \approx 0{,}114Nei
52710350,286\tfrac{10}{35} \approx 0{,}286Nei
5381056=5280,179\boldsymbol{\tfrac{10}{56} = \tfrac{5}{28} \approx 0{,}179}Ja

For T=8T = 8, m=5m = 5, n=3n = 3:

P=543876=60336=52817,9%P = \frac{5 \cdot 4 \cdot 3}{8 \cdot 7 \cdot 6} = \frac{60}{336} = \frac{5}{28} \approx 17{,}9 \,\%

Alle kombinasjoner med T7T \leq 7 gir PP utenfor intervallet [17%,18%][17\,\%, 18\,\%], og m=5m=5, n=3n=3 er den første løsningen vi finner.

Det minste antallet er 5 hvite og 3 røde kuler\underline{\underline{5 \text{ hvite og } 3 \text{ røde kuler}}}, altså 8 kuler totalt, og sannsynligheten er 52817,9%\dfrac{5}{28} \approx 17{,}9 \,\%.