Matemáticas IIMedioProblema · 2,5 pts

Probabilidad

También trata: Distribución normal
Comunidad de Madrid · 2019 · Junio · Opción A
Enunciado
La probabilidad de que un pez de una determinada especie sobreviva más de 5 años es del 10 %. Se pide:

a) (1 punto) Si en un acuario tenemos 10 peces de esta especie nacidos este año, hallar la probabilidad de que al menos dos de ellos sigan vivos dentro de 5 años.

b) (1,5 puntos) Si en un tanque de una piscifactoría hay 200 peces de esta especie nacidos este mismo año, usando una aproximación mediante la distribución normal correspondiente, hallar la probabilidad de que al cabo de 5 años hayan sobrevivido al menos 10 de ellos.
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Resultado
a) P(X≥2)=1−0,910−0,99≈0,2639\boxed{\text{a)}\ P(X \ge 2) = 1 - 0{,}9^{10} - 0{,}9^{9} \approx 0{,}2639}b) P(Y≥10)≈P(Z≥−2,47)=0,9932\boxed{\text{b)}\ P(Y \ge 10) \approx P(Z \ge -2{,}47) = 0{,}9932}
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Estrategia

Cada pez es un experimento con dos resultados (sobrevive más de 5 años o no), con la misma probabilidad p=0,1p = 0{,}1 y, se entiende, independientes entre sí. Contar cuántos sobreviven es, por tanto, una binomial.

En a) con n=10n = 10 se calcula a mano, y "al menos dos" se hace mejor por el complementario: 1−P(X=0)−P(X=1)1 - P(X = 0) - P(X = 1).

En b) con n=200n = 200 la binomial a mano es inabordable y el enunciado pide aproximar por la normal de la misma media y la misma desviación típica. Como pasamos de una variable que solo toma enteros a una continua, aplicamos la corrección de continuidad: "al menos 10" se convierte en "mayor o igual que 9,5".
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Desarrollo

a) Sea XX = número de peces, de los 10, que siguen vivos a los 5 años. Entonces X∼B(10; 0,1)X \sim B(10;\ 0{,}1) yP(X=k)=(10k) 0,1k 0,910−kP(X = k) = \binom{10}{k}\,0{,}1^k\,0{,}9^{10-k}P(X=0)=0,910=0,3486784401P(X = 0) = 0{,}9^{10} = 0{,}3486784401P(X=1)=(101)⋅0,1⋅0,99=10⋅0,1⋅0,387420489=0,387420489P(X = 1) = \binom{10}{1}\cdot 0{,}1 \cdot 0{,}9^{9} = 10 \cdot 0{,}1 \cdot 0{,}387420489 = 0{,}387420489P(X≥2)=1−P(X=0)−P(X=1)=1−0,3486784401−0,387420489=0,2639010709P(X \ge 2) = 1 - P(X = 0) - P(X = 1) = 1 - 0{,}3486784401 - 0{,}387420489 = 0{,}2639010709P(X≥2)≈0,2639P(X \ge 2) \approx 0{,}2639b) Sea YY = número de peces, de los 200, que sobreviven. Y∼B(200; 0,1)Y \sim B(200;\ 0{,}1), conμ=np=200⋅0,1=20,σ=npq=200⋅0,1⋅0,9=18≈4,2426\mu = np = 200 \cdot 0{,}1 = 20, \qquad \sigma = \sqrt{npq} = \sqrt{200 \cdot 0{,}1 \cdot 0{,}9} = \sqrt{18} \approx 4{,}2426La aproximación es aceptable porque np=20≥5np = 20 \ge 5 y nq=180≥5nq = 180 \ge 5. Tomamos Y′∼N(20; 18)Y' \sim N(20;\ \sqrt{18}) y, con la corrección de continuidad,P(Y≥10)≈P(Y′≥9,5)=P(Z≥9,5−2018)=P(Z≥−2,47)P(Y \ge 10) \approx P(Y' \ge 9{,}5) = P\left(Z \ge \frac{9{,}5 - 20}{\sqrt{18}}\right) = P(Z \ge -2{,}47)Por la simetría de la normal,P(Z≥−2,47)=P(Z≤2,47)=0,9932P(Z \ge -2{,}47) = P(Z \le 2{,}47) = 0{,}9932La probabilidad de que sobrevivan al menos 10 peces es aproximadamente 0,99320{,}9932.

Comprobaciones. Tiene sentido que sea casi segura: se esperan 20 supervivientes y 10 está a unas 2,52{,}5 desviaciones típicas por debajo. Sin la corrección de continuidad saldría P(Z≥10−2018)=P(Z≥−2,36)=0,9909P\left(Z \ge \frac{10 - 20}{\sqrt{18}}\right) = P(Z \ge -2{,}36) = 0{,}9909, un valor muy parecido; la binomial exacta (con ordenador) da 0,99650{,}9965.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

"Al menos dos" se resuelve por el complementario: sumar desde X=2X = 2 hasta X=10X = 10 es largo y da pie a errores. Y no olvides que P(X≥2)P(X \ge 2) excluye X=0X = 0 y X=1X = 1.

En b) la corrección valora encontrar la normal adecuada: σ=npq\sigma = \sqrt{npq}, no npqnpq. La corrección de continuidad (9,59{,}5 en vez de 1010) es lo correcto al aproximar.
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