Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 1. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Samankaltaiset tiedostot
MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet

Tehtävä 2 Todista luennoilla annettu kaava: jos lukujen n ja m alkulukuesitykset. ja m = k=1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

9 Lukumäärien laskemisesta

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Esimerkkejä ym., osa I

Matematiikan tukikurssi

JOHDATUS LUKUTEORIAAN (syksy 2017) HARJOITUS 1, MALLIRATKAISUT

Tehtävä 3. Määrää seuraavien jonojen raja-arvot 1.

C (4) 1 x + C (4) 2 x 2 + C (4)

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

2.8 Mallintaminen ensimmäisen asteen polynomifunktion avulla

V. POTENSSISARJAT. V.1. Abelin lause ja potenssisarjan suppenemisväli. a k (x x 0 ) k M

TAMPEREEN YLIOPISTO Pro gradu -tutkielma. Hannu Pajula. Stirlingin luvuista

Talousmatematiikan verkkokurssi. Koronkorkolaskut

Johdatus lukuteoriaan Harjoitus 1 syksy 2008 Eemeli Blåsten. Ratkaisuehdotelma

4.3 Erillisten joukkojen yhdisteet

Ennen kuin mennään varsinaisesti tämän harjoituksen asioihin, otetaan aluksi yksi merkintätekninen juttu. Tarkastellaan differenssiyhtälöä

Sattuman matematiikkaa III

Hanoin tornit. Merkitään a n :llä pienintä tarvittavaa määrää siirtoja n:lle kiekolle. Tietysti a 1 = 1. Helposti nähdään myös, että a 2 = 3:

4.7 Todennäköisyysjakaumia

Luku kahden alkuluvun summana

Joulukuun vaativammat valmennustehtävät ratkaisut

Vakuutusmatematiikan sovellukset klo 9-15

STOKASTISET DIFFERENTIAALIYHTÄLÖT 7

funktiojono. Funktiosarja f k a k (x x 0 ) k

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 5, harjoitustenpitäjille tarkoitetut ratkaisuehdotukset

Perustehtäviä. Sarjateorian tehtävät 10. syyskuuta 2005 sivu 1 / 24

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Tilastollinen päättely II, kevät 2018 Harjoitus 6A Ratkaisuehdotuksia.

Riemannin sarjateoreema

III. SARJATEORIAN ALKEITA. III.1. Sarjan suppeneminen. x k = x 1 + x 2 + x ,

Todennäköisyyslaskenta IIa, syyslokakuu 2019 / Hytönen 2. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

J1 (II.6.9) J2 (X.5.5) MATRIISILASKENTA(TFM) MALLIT AV 6

3. Markovin prosessit ja vahva Markovin ominaisuus

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuja viikolle 5. ( ) Jeremias Berg

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

1. (Jatkoa Harjoitus 5A tehtävään 4). Monisteen esimerkin mukaan momenttimenetelmän. n ne(y i Y (n) ) = 2E(Y 1 Y (n) ).

(1 + i) + JA. t=1. t=1. (1 + i) n (1 + i) n. = H + k (1 + i)n 1 i(1 + i) n + JA

termit on luontevaa kirjoittaa summamuodossa. Tällöin päädymme lukusarjojen teoriaan: a k = s.

VALIKOITUJA KOHTIA LUKUTEORIASTA

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 2, ratkaisuehdotukset. Johdanto differenssiyhtälöiden ratkaisemiseen

OHJ-2300 Johdatus tietojenkäsittelyteoriaan Syksy 2008

Laskennallisen kombinatoriikan perusongelmia

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

HY / Matematiikan ja tilastotieteen laitos Tilastollinen päättely II, kevät 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia Tehtäväsarja I

Modaalilogiikan harjoitusteht vi Aatu Koskensilta 1 Harjoitusteht v t Teht v 100 a) Osoitamme, ett Th(F 1 F 2 ) Th(F 1 ) [ Th(F 2 ) vastaesim

b 4i j k ovat yhdensuuntaiset.

Todennäköisyysjakaumat 1/5 Sisältö ESITIEDOT: todennäköisyyslaskenta, määrätty integraali

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 19: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Newtonin lakia käyttäen

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Johdatus diskreettiin matematiikkaan (Syksy 2008) 4. harjoitus Ratkaisuja (Jussi Martin)

802328A LUKUTEORIAN PERUSTEET OSA II BASICS OF NUMBER THEORY PART II. Tapani Matala-aho MATEMATIIKKA/LUTK/OULUN YLIOPISTO

1. YKSISUUNTAINEN VARIANSSIANALYYSI: AINEISTON ESITYSMUODOT

Pyramidi 3 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 139 Päivitetty a) 402 Suplementtikulmille on voimassa

Olkoot X ja Y riippumattomia satunnaismuuttujia, joiden odotusarvot, varianssit ja kovarianssi ovat

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 02: Vapausasteet, värähtelyiden analysointi

DISKREETIN MATEMATIIKAN SOVELLUKSIA: KANAVA-EKVALISOINTI TIEDONSIIRROSSA. Taustaa

MAB7 Talousmatematiikka. Otavan Opisto / Kati Jordan

2.1. Bijektio. Funktion kasvaminen ja väheneminen ********************************************************

K-KS vakuutussumma on kiinteä euromäärä

M 2 M = sup E M 2 t. E X t = lim. niin martingaalikonvergenssilauseen oletukset ovat voimassa, eli löydämme satunnaismuuttujan M, joka toteuttaa ehdon

M y. u w r zi. M x. F z. F x. M z. F y

(c) Määrää/Determine välillä/in the interval [1000, 10000] olevien 7. jaollisten kokonaislukujen lukumäärä/ number of integers divisible by 7.

Miehitysluvuille voidaan kirjoittaa Maxwell Boltzmann jakauman mukaan. saamme miehityslukujen summan muodossa

Eksponentti- ja logaritmiyhtälö

q =, r = a b a = bq + r, b/2 <r b/2.

HARMONINEN VÄRÄHTELIJÄ

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

Luku 11. Jatkuvuus ja kompaktisuus

Eulerin φ-funktion ominaisuuksia

Tehtävä 11 : 1. Tehtävä 11 : 2

i ni 9 = 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6, k k

MAATALOUSYRITTÄJÄN ELÄKELAIN MUKAISEN VAKUUTUKSEN PERUSTEET

Matemaattinen Analyysi

Todennäköisyyslaskenta I, kesä 2017 Helsingin yliopisto/avoin Yliopisto Harjoitus 1, ratkaisuehdotukset

Interaktiiviset menetelmät

Kun annettu differenssiyhtälö z-muunnetaan puolittain, saadaan: 1 1 z Y z zy z z/4 4

Diskreetin Matematiikan Paja Ratkaisuhahmotelmia viikko 1. ( ) Jeremias Berg

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 24: Usean vapausasteen vaimenematon ominaisvärähtely osa 2

Vakuutusteknisistä riskeistä johtuvien suureiden laskemista varten käytettävä vakuutuslajiryhmittely.

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

Estimointi Laajennettu Kalman-suodin. AS , Automaation signaalinkäsittelymenetelmät Laskuharjoitus 4

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto ja esimerkkejä ym., osa I

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 5

Projekti 5 Systeemifunktiot ja kaksiportit. Kukin ryhmistä tarkastelee piiriä eri taajuuksilla. Ryhmäni taajuus on

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 21: Usean vapausasteen systeemin liikeyhtälöiden johto Lagrangen

Luku 2. Jatkuvuus ja kompaktisuus

7 Vapaus. 7.1 Vapauden määritelmä

Luku 1: Järjestelmien lineaarisuus, differenssiyhtälöt, differentiaaliyhtälöt

MS-A0401 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto, osa I

LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO

S Hahmontunnistus ihmisläheisissä käyttöliittymissä Kasvojen tunnistus ja identiteetin tarkistus: ZN-Face

(iv) Ratkaisu 1. Sovelletaan Eukleideen algoritmia osoittajaan ja nimittäjään. (i) 7 = , 7 6 = = =

MS-A0402 Diskreetin matematiikan perusteet Yhteenveto ja esimerkkejä ym., osa I

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

Kertausosa. Kertausosa. 4. Sijoitetaan x = 2 ja y = 3 suoran yhtälöön. 1. a) Tosi Piste (2,3) on suoralla. Epätosi Piste (2, 3) ei ole suoralla. 5.

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 12: Tasokehän palkkielementti, osa 2.

AMBIGUITEETTIONGELMA KANTOAALLONVAIHEMITTAUKSESSA. JUKKA TOLONEN Teknillinen korkeakoulu Maanmittaustieteiden laitos

1. Harjoituskoe. Harjoituskokeet. 1. a) Valitaan suorilta kaksi pistettä ja määritetään yhtälöt. Suora s: (x 1, y 1 ) = (0, 2) (x 2, y 2 ) = (1, 2)

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta. Laaditaan taulukko monisteen esimerkin 3.1. tapaan ( nj njk Pk

Tämä merkitsee geometrisesti, että funktioiden f

Transkriptio:

Todennäöisyyslasenta IIa, syys loauu 019 / Hytönen 1. lasuharjoitus, rataisuehdotuset 1. ( Klassio ) Oloot A ja B tapahtumia. Todista lasuaavat (a) P(A B) P(A) + P(B \ A), (b) P(B) P(A B) + P(B \ A), (c) P(A) + P(B) P(A B) + P(A B). Rataisu. Huom! Tässä tehtävässä opetellaan monisteen Määritelmän 1.. seurausia eli todistusessa saa äyttää ainoastaan jouo-operaatioita ja Määritelmää 1... Eli todistetaan aiemmilla ursseilla äytetyt tuloset todennäöisyyden asioomiin perustuen. (a) Käytetään materiaalin Lauseessa 1.1 esiteltyä todennäöisyyden (siis tn-mitan P) äärellistä additiivisuutta: A B A (B \ A) ja A (B \ A), joten P(A B) P(A (B \ A)) äär.add. P(A) + P(B \ A). (b) Pienellä jouo-opillisella pyörittelyllä saadaan B Ω B B Ω B (A A c ) (B A) (B A c ) (A B) (B \ A). Nyt uten (a)-ohdassa, voidaan äyttää äärellistä additiivisuutta, sillä (A B) (B \ A). Eli P(B) P((A B) (B \ A)) äär.add. P(A B) + P(B \ A). (c) Nyt (a)-ohdan perusteella P(A B) P(A) + P(B \ A). (b)-ohdasta saadaan taas vähentämällä P(A B) puolittain P(B \ A) P(B) P(A B). Nämä tiedot yhdistämällä P(A B) (a) P(A) + P(B \ A) (b) P(A) + P(B) P(A B). Tästä saadaan P(A) + P(B) P(A B) + P(A B). 1

. Heitetään olioa asi ertaa. Tarastellaan tapahtumia A : {ensimmäisellä heitolla tulee laava}, B : {toisella heitolla tulee laava}, C : {ensimmäisellä ja toisella heitolla tulee eri tulos}. Osoita, että näistä tapahtumista mitä tahansa asi ovat esenään riippumattomia, mutta aii olme tapahtumaa eivät ole toisistaan riippumattomia. Rataisu. Määritellään perusjouo Ω seuraavasti: Ω {(ruuna, ruuna), (ruuna, laava), (laava, ruuna), (laava, laava)}. Nyt tapahtumat A, B ja C ovat perusjouon Ω seuraavat osajouot: A {(laava, ruuna), (laava, laava)}, B {(ruuna, laava), (laava, laava)}, C {(ruuna, laava), (laava, ruuna)}. Todennäöisyydet tapahtumille A, B ja C saadaan helposti: P(A) #A #Ω 4 1 #B, P(B) #Ω 4 1, P(C) #C #Ω 4 1. Tutitaan tapahtumat A B, A C, B C ja A B C samalla tavalla: A B {(laava, laava)}, A C {(laava, ruuna)}, B C {(ruuna, laava)}, A B C. Tällöin todennäöisyydet näille tapahtumille ovat P(A B) P(B C) #(A B) #Ω #(B C) #Ω 1 #(A C), P(A C) 1 4 #Ω 4, 1 #, P(A B C) 4 #Ω 0 4 0.

Hyödynnetään Määritelmää 1.5 ja huomataan P(A B) 1 4 1 1 P(A C) 1 4 1 1 P(B C) 1 4 1 1 P(A B C) 0 1 1 1 P(A) P(B), P(A) P(C), P(B) P(C), P(A) P(B) P(C). Siis huomataan, että A B, A C, B C, mutta A, B, C. 3. Todista binomiaava ( ) n ( ) n 1 + ( ) n 1 1 (a) lasemalla apinan lailla, (b) tulitsemalla molemmat puolet ombinatorisesti ja päättelemällä, että niissä lasetaan sama luumäärä ahdella eri tavalla. Rataisu. (a) Lasetaan apinan lailla. ( ) ( ) n 1 n 1 (n 1)! + 1!(n 1 )! + (n 1)! ( 1)!(n 1 ( 1))! ( ) (n 1)!!(n 1)! + (n 1)! ( 1)!(n )! (n )(n 1)!!(n )! + (n 1)!!(n )! (n )(n 1)! + (n 1)!!(n )! n(n 1)! (n 1)! + (n 1)!!(n )! n!!(n )! 3 ( ) n.

(Kohdassa ( ) lavennetaan vasenta murtoluua (n ):lla ja oieaa :lla, jolloin nimittäjässä (n ) (n 1)! (n )! ja ( 1)!!. Loput yhtälöetjusta on vain järjestelyä, yhteenlasua, seä binomiertoimen määritelmän äyttämistä.) (b) Tämän voi ajatella monella tavalla. Tässä on ysi niistä: Kuvittele, että edessäsi on n laatioa rivissä ja sinulla on äsissäsi palloa. Tehtävänäsi on laittaa pallot laatioihin niin, että joaisessa laatiossa on enintään ysi pallo. Kuina monella tapaa voit täyttää laatiot palloillasi? Siis uina monella tapaa voit valita n:stä laatiosta laatioa, joihin laitat pallosi? Selvästi tapoja täyttää laatiot palloilla on ( n ). Voidaan myös irjoittaa ( ) n #{ n:ssä laatiossa on palloa }. Mutta yllä voidaan myös jaottautua erillisiin tapausiin seuraavalla tavalla: { n:ssä laatiossa on palloa } { Ensimmäisessä laatiossa ei ole palloa. } { Ensimmäisessä laatiossa on pallo. } Nyt asi tapausta voidaan pohtia eriseen. Jos ävelet ensimmäisen laation ohi laittamatta siihen palloa, sinulla on jäljella n 1 laatioa ja palloa. Kuina monta tapaa on täyttää n 1 laatioa :lla pallolla? Kuten yllä: ( ) n 1 #{ Ensimmäisessä laatiossa ei ole palloa. }. Mutta mitä jos ävelet ensimmäiselle laatiolle, laitat sinne pallon ja sitten siirryt seuraavalle? Nyt sinulla on jäljella n 1 laatioa ja 1 palloa. Kuina monta tapaa on täyttää n 1 laatioa 1:llä pallolla? Taas erran: ( ) n 1 #{ Ensimmäisessä laatiossa on pallo. }. 1 Ne mahdolliset laatioiden täyttötavat joissa laitat ensimmäiseen pallon ja ne joissa et laita ensimmäiseen palloa muodostavat yhdessä aii mahdolliset tavat täyttää nämä n laatioa :lla pallolla. Siis ( ) n #{ n:ssä laatiossa on palloa } #{ Ensimmäisessä laatiossa ei ole palloa. } + #{ Ensimmäisessä laatiossa on pallo. } ( ) ( ) n 1 n 1 +. 1 4

4. Oloon {1, }. Aura heittää noppaa ertaa ja ostaa lottoriviä. Meritään (a) A noppa {Aura saa nopalla (ainain yhden) uutosen}, (b) A lotto {Aura saa lotossa täysosuman}. Täsmälleen yhdessä tilanteessa x {noppa, lotto} pätee P(A x ) P(A x 1). Selvitä ummassa ja selitä todennäöisyyslasennan termein mistä ero johtuu. (Käytännössä ero johtuu siitä, että uaan ei osta ahta samaa lottoriviä, un taas nopanheitossa... ) (Lotossa valitaan numeroista 1,,..., 40 join 7 luvun jouo, järjestysellä ei ole väliä.) Rataisu. Tarastellaan ensin nopanheittoa, jossa heittotapahtumat oletetaan riippumattomisi ja noppa harhattomasi. Tällöin 1. heittolla uutonen: P(A noppa 1 ) 1 ja :lla heitolla ainain ysi uutonen P(Anoppa 6 ) 1 5 + 5 1 + 1 1 11. 6 6 6 6 6 6 36 Jälimmäisen lasun perustelu: Tapahtumat ovat toisensa poissulevia ja lasetaan, että 1. heitolla uusi ja. heitto ei uutosta, 1. heitolla ei uutosta ja. heitolla uusi, seä 1. ja. heitolla molemmilla uusi. Todetaan, että aava P(A noppa ) P(A noppa 1 ) eli päde, sillä 11. 36 6 Oletetaan, että täytetyt lottoriviä eivät ole samat. Kosa lotossa valitaan 40 numerosta 7 uhunin lottoriviin, niin voiton todennäöisyys seä 1. että. lottorivin osalta on ( 1. Siten 40 P(Alotto 7 ) 1 ) ( 1 ja. rivin jäleen täysosuman todennäöisyys 40 7 ) on P(A lotto ) ( 1 40 ) + ( 1 40 ) ( 40 ), 7 7 7 sillä voitto 1. ja voitto. rivillä ovat toisensa poissulevia tapahtumia. Todetaan, että aava P(A lotto ) P(A lotto 1 ) pätee. 5. Tutitaan oetta, jota toistetaan loputtomasti aiilla ajanhetillä i 1,,.... Oloon A i se tapahtuma, että i:s oe onnistuu. Kirjoita jouo-operaatioiden avulla se tapahtuma, että (a) oe onnistuu äärettömän monta ertaa. (b) oe onnistuu lopulta (eli jostain hetestä eteenpäin) joa erta. 5

(Huom! Tässä on siis asi eri ysymystä, joihin on eri vastauset.) Rataisu. Perusjouo Ω voidaan tässä tehtävässä mieltää aiien mahdollisten nollista ja yösistä oostuvien jonojen jouosi. Ysi jono uvaa aina äärettömän montaa perääistä oetta ja siinä i:nnen omponentin arvo uvaa i:nnen oeen onnistumista tai epäonnistumista. Meritään siis Ω {0, 1} N {(x 1, x,...) : x i {0, 1} aiilla i N}. Sovitaan, että 0 uvaa oeen epäonnistumista ja 1 onnistumista. Tällöin A i jouo sellaisia jonoja Ω:ssa, että niiden i:s omponentti on 1. Toisin sanoen A i {(x 1, x,...) Ω: x i 1}, i N. Siis jos x on jono A i :ssä, niin x on tapaus, jossa i:s oe on onnistunut. (a) Mietitään sitten miten sanoa yllä olevalla ielellä se, että oe onnistuu äärettömän monta ertaa. Huomaa, että oeen onnistuminen äärettömän monta ertaa ei ole sama asia uin se, että oe onnistuisi joaisella erralla. Esimerisi jono (0, 1, 0, 1, 0, 1,...) uvaa tapausta, jossa oe on onnistunut äärettömän monta ertaa, sillä vaia se ei onnistuaan joa erta, se onnistuu joa toinen erta. Koeen onnistuminen äärettömän monta taroittaain siis ennemminin sitä, että vaia uina pitällä jonossa ollaanin, siitä löytyy vielä lisää yösiä (1). Muista että oeen onnistuminen i:nnellä erralla taroittaa, että tapaus uuluu jouoon A i. Asia voidaan ilmaista siis sanomalla: x { oe onnistuu äärettömän monta ertaa } (1) n N i n siten, että x A i n N pätee x i n A i x n1( i n A i ). (b) Samanlaisella ajattelulla, mitä taroittaa se, että oe onnistuu jostain yritysestä lähtien aina? Se taroittaa, että on olemassa asel n N, jona jäleen aiilla aselilla i n oe onnistuu (). Eli x { oe onnistuu lopulta (eli jostain hetestä eteenpäin) joa erta } () n N siten, että i n pätee x A i n N siten, että x i n A i x n1( i n A i ). 6

6. Kosti on pyytänyt tarjousen eittiöremontista neljältä uraoitsijalta. Oletetaan, että aii tarjouset saapuvat eri aiaan ja ne ovat esenään eri hintaisia mutta muuten samanlaisia. Heti tarjousen saadessaan (eli ennen seuraavaa tarjousta) Kosti joutuu ilmoittamaan, hyväsyyö hän sen vai ei. Kosti valitsee seuraavan strategian: Hän hylää joa tapausessa ensimmäisenä tulleen tarjousen voidaseen verrata muita siihen. Kun uusi tarjous saapuu, Kosti valitsee sen, miäli se oli aiia edellisiä halvempi; muussa tapausessa hän hylää sen. Kun Kosti on hyväsynyt jonun tarjousen, hän joutuu hyläämään aii sen jäleen tulevat tarjouset. Lase todennäöisyys sille, että (a) Kosti hylää aii tarjouset. (b) Kosti valitsee halvimman tarjousen. (Vihje: oonaistodennäöisyys, tarastele eriseen tapahtumia :s tarjous on halvin ja Kosti valitsee sen.) (Oloot tarjouset halvimmasta alleimpaan (esim.) 1,, 3, 4. Oleta, että yseiset tarjouset saapuvat satunnaisessa järjestysessä.) Rataisu. (a) Pohditaan missä tapausessa Kosti hylää aii tarjouset. Jos ensimmäinen tarjous on halvin (eli hinnaltaan 1 ), miään seuraavista tarjousista ei voi olla sitä halvempi, joten Kosti ei hyväsy niistä mitään. Muissa tapausissa Kosti saa ensimmäisenä tarjousena :n, 3:n tai 4:n ja siten saa lopulta jonin aiaisempia tarjousia halvemman tarjousen seä hyväsyy sen. Siis ainoa tapaus jossa Kosti ei hyväsy yhtään tarjousta on se, että ensimmäinen niistä on halvin. Jos tarjouset erran saapuvat satunnaisessa järjestysessä, niin sen todennäöisyys, että ensimmäinen niistä on halvin (siis 1) luulisi olevan 1/4. Osoitetaan tämä vielä formaalimmin. Määritellään neljän omponentin vetorien jouo, jossa aliot uvaavat tarjousten hintaa ja niiden järjestys tarjousten saapumisjärjestystä: Ω {(x 1, x, x 3, x 4 ) : x 1, x, x 3, x 4 {1,, 3, 4}, x 1 x x 3 x 4 }. Tällaisten alioden määrä voidaan lasea huomaamalla, se vastaa ysymyseen uina monella tapaa voidaan järjestää neljä luua ilman taaisinpanoa niin, että 7

niiden järjestysellä on väliä? Ja vastaus on ertoma: #Ω 4! 4. Sitten ysymys on, uina monessa näissä jonoissa on ensimmäisenä aliona 1? Mutta se vastaa ysymystä siitä, uina monella tapaa loput olme luua voidaan järjestää jonoon. Eli Tällöin siis todellain #{ Halvin tarjous saapuu ensin. } 3! 6. P( Kosti hylää aii tarjouset. ) 6 4 1 4. (b) Noudatetaan tehtävänannon neuvoa, seurataan materiaalin luua 1.8 ja tutitaan tapausia A : { Kosti valitsee halvimman tarjousen. } B i : { i:s tarjous on halvin } {(x 1, x, x 3, x 4 ) Ω : x i 1}. A on tapahtuma, jona todennäöisyys halutaan tietää. B i :t taas muodostavat perusjouon Ω ositusen. Siis B i B j, i j ja B 1 B B 3 B 4 Ω. Näin ollen voidaan äyttää oonaistodennäöisyyden aavaa. Sitä varten tarvitsee vain selvittää todennäöisyydet P(B i ) ja P(A B i ). a)-ohdassa itseasiassa lasettiin jo P(B 1 ) 1. Tapoja järjestää neljä luua sillä 4 tavalla, että 1 on i:nnellä paialla on saman verran, uin on tapoja järjestää ne muut olme luua. Siis #B i 3! 6 P(B i ) #B i #Ω 6 4 1, i {1,, 3, 4}. 4 Tutitaan tapauset {A B i } ysi errallaan. Kun i 1, saadaan P(A B 1 ) 0, sillä ensimmäinen tarjous hylätään automaattisesti. Kun i tarjous hyväsytään joatapausessa, sillä joainen mahdollinen tarjousetju alaa tarjousella joa hylätään ja jota seuraa halvin tarjous. Näin ollen P(A B ) 1. 8

Listataan tapauset, joissa olmas tarjous on halvin ja se hyväsytään. Näitä ovat (, 3, 1, 4), (3, 4, 1, ) ja (, 4, 1, 3). Kun näiden määrä jaetaan aiien mahdollisten jonojen määrällä, jossa olmas omponetti on 1 saadaan P(A B 3 ) 3 3! 1. Listataan tapauset, joissa neljäs tarjous on halvin ja se hyväsytään taas ysi errallaan. Tällaisia ovat (, 3, 4, 1) ja (, 4, 3, 1). Jaetaan näiden tapausten määrä tapausten määrällä, joissa viimeinen tarjous on halvin ja saadaan haluttu todennäöisyys: P(A B 4 ) 3! 1 3. Nyt un olemme selvittäneet aien tarvittavan tiedon, voimme lasea todennäöisyyden tapahtumalle A äyttäen oonaistodennäöisyyden aavaa. P(A) 4 P(B i )P(A B i ) i1 P(B 1 )P(A B 1 ) + P(B )P(A B ) + P(B 3 )P(A B 3 ) + P(B 4 )P(A B 4 ) 1 4 0 + 1 4 1 + 1 4 1 + 1 4 1 3 6 + 3 + 4 11 4. 7. ( ) Yleistä edellinen tehtävä tilanteeseen, jossa uraoitsijoita on n appaletta. Rataisu. Lasetaan todennäöisyydet tapahtumille (a) Kosti hylää aii tarjouset. (b) Kosti valitsee halvimman tarjousen. 9

Meritään uten edellisessäin tehtävässä eli oloot tarjouset halvimmasta alleimpaan 1,,..., n. (a) Pohditaan missä tapausessa Kosti hylää aii tarjouset. Jos ensimmäinen tarjous on halvin (eli hinnaltaan 1 ), miään seuraavista tarjousista ei voi olla sitä halvempi, joten Kosti ei hyväsy niistä mitään. Muissa tapausissa Kosti saa ensimmäisenä tarjousena :n,..., tai n:n ja siten saa lopulta jonin aiaisempia tarjousia halvemman tarjousen seä hyväsyy sen. Siis ainoa tapaus, jossa Kosti ei hyväsy yhtään tarjousta on se, että ensimmäinen niistä on halvin. Jos tarjouset erran saapuvat satunnaisessa järjestysessä, niin sen todennäöisyys, että ensimmäinen niistä on halvin (siis 1) luulisi olevan 1/n. Osoitetaan tämä vielä formaalimmin. Määritellään n-dimensioisten vetorien jouo, jossa aliot uvaavat tarjousten hintaa ja niiden järjestys tarjousten saapumisjärjestystä: Ω {(x 1,...,, x n ) : x 1,..., x n {1,..., n}, x 1... x n }. Tällaisten alioden määrä voidaan lasea huomaamalla, että se vastaa ysymyseen uina monella tapaa voidaan järjestää n luua ilman taaisinpanoa niin, että niiden järjestysellä on väliä? Ja vastaus on ertoma: #Ω n!. Sitten ysymys on, uina monessa näissä jonoissa on ensimmäisenä aliona 1? Mutta se vastaa ysymystä siitä, uina monella tapaa loput n 1 luua voidaan järjestää jonoon. Eli #{ Halvin tarjous saapuu ensin. } (n 1)!. Tällöin siis todellain (b) Tarastellaan tapausia P( Kosti hylää aii tarjouset. ) (n 1)! n! 1 n. A : { Kosti valitsee halvimman tarjousen. } B i : { i:s tarjous on halvin } {(x 1,..., x n ) Ω : x i 1}. A on tapahtuma, jona todennäöisyys halutaan tietää, ja B i :t muodostavat perusjouon Ω ositusen. Siis B i B j, i j ja n i1 B i Ω. 10

Näin ollen voidaan äyttää oonaistodennäöisyyden aavaa. Sitä varten tarvitsee selvittää todennäöisyydet P(B i ) ja P(A B i ) ullain i 1,..., n. a)-ohdassa itseasiassa lasettiin jo P(B 1 ) 1. Vastaavasti tapahtumalle B n i suotuisissa jonoissa i:nnes alio x i 1 ja muut aliot voi valita (n 1)! tavalla, eli P(B i ) (n 1)! 1 aiilla i 1,..., n. n! n Tarastellaan tapausia {A B i } ysi errallaan. Kun i 1, saadaan P(A B 1 ) 0, sillä ensimmäinen tarjous hylätään automaattisesti. Kun i tarjous hyväsytään joa tapausessa, sillä joainen mahdollinen tarjousetju alaa tarjousella, joa hylätään ja jota seuraa halvin tarjous. Näin ollen P(A B ) 1. Kun i 3, on alhaisin tarjous jonon 3. alio, ja 1. tarjousen on oltava paras :n ensimmäisen tarjousen jouossa eli P(A B 3 ) 1. Sillä nämä jonon asi ensimmäistä aliota valitaan jouosta,..., n, ja todennäöisyys, että ensimmäinen on suurempi on 1. Kun i 4, on alhaisin tarjous jonon 4. alio, ja 1. tarjousen on oltava paras 3:n ensimmäisen tarjousen jouossa eli P(A B 4 ) 1. Sillä nämä jonon 3 ensimmäistä aliota valitaan jouosta,..., n, ja todennäöisyys, että ensimmäinen on 3 suurin on 1. 3 Yleisesti: Kun alhaisin tarjous jonon i:nnes alio, ja 1. tarjousen on oltava paras i 1:n ensimmäisen tarjousen jouossa eli P(A B i ) 1. Sillä nämä jonon i 1 i 1 ensimmäistä aliota valitaan jouosta,..., n, ja todennäöisyys, että ensimmäinen on suurin on 1. Todennäöisyys tapahtumalle A saadaan äyttäen i 1 oonaistodennäöisyyden aavaa P(A) n P(B i )P(A B i ) i1 1 n 0 + 1 n 1 + 1 n 1 + 1 n 1 3 + + 1 n 1 n (0 + 1 + 1 + 1 3 + + 1 n 1 ) 1 ln(n 1), n jossa viimeinen seuraa harmonisen sarjan ominaisuusista. 1 n 1 11

Vaihtoehtoisia rataisuja tehtäviin 1 ja 3b: 1. Oloon A, B Ω tapahtumia perusjouossa Ω. (a) Väite: (A B) (A) + (B \ A). Todistus: Jotta voimme äyttää todennäöisyyden täysadditiivisuutta, täytyy yhdiste A B irjoittaa erillisten jouojen avulla. Väitösen muotoilun perusteella on ätevää valita jouo A (ja A c, A A c ) muodostamaan tämä ositus eli A B ((A B) A) ((A B) A c ) A (B A c ). Todetaan vielä, että A ja B A c ovat erillisiä: Jos x A x A c x B A c A c. Jos x B A c x A c x A. Siis A ja B A c ovat erillisiä. Täten (A B) (A (B A c )) (A) + (B A c ) (A) + (B \ A), jossa toinen yhtäsuuruus seuraa todennäöisyyden täysadditiivisuuden perusteella. (b) Väite: (B) (A B) + (B \ A) Todistus: Muodostetaan jouon B ositus erillisten jouojen A ja A c avulla eli B (B A) (B A c ). Todetaan vielä, että B A ja B A c ovat erillisiä: Jos x B A x A x A c x B A c. Jos x B A c x A c x A x B A. Siis B A ja B A c ovat erillisiä. Täten (B) ((B A) (B A c )) (B A) + (B A c ) (B A) + (B \ A), jossa toinen yhtäsuuruus seuraa todennäöisyyden täysadditiivisuuden perusteella. (c) Väite: (A) + (B) (A B) + (B A) Todistus: Kohdan (a) perusteella (A B) (A)+(B \A) ja ohdan (b) perusteella (B) (A B) + (B \ A) eli (B \ A) (B) (A B). Yhdistämällä nämä, saadaan (A B) (A) + (B) (A B) eli (A) + (B) (A B) + (B A). 3. (b) ( n ) ertoo -alioisten osajouojen luumäärän n alioisessa jouossa. Suoritetaan -alioisten osajouojen luumäärän laseminen n alioisessa jouossa siten, että laseminen suoritetaan iinnitetyn alion a avulla. 1. Lasetaan ensin aiien niiden -alioisten osajouojen luumäärä, joissa alio a on muana: Tällöin vapaasti valittavia alioita oo jouossa on n 1 appaletta (siis a aina muana) ja -osajouoissa vapaasti valittavia alioita on 1 (siis a aina muana). Joten tällaisten -alioisten osajouojen luumäärä on ( n 1 1). 1

. Lasetaan sitten aiien niiden -alioisten osajouojen luumäärä, joissa alio a ei ole muana: Tällöin vapaasti valittavia alioita oo jouossa on n 1 appaletta (siis a ei ole muana) ja -osajouoissa vapaasti valittavia alioita on (siis a on suljettu pois perusjouosta). Joten tällaisten -alioisten osajouojen luumäärä on ( ) n 1. Kosa alion a uuluu -osajouoihin ( ) ( n 1 1 ja se ei uulu -osajouoihin n 1 ), ei ole -osajouoa, joa uuluisi molempiin ja tulisi lasetusi ahteen ertaan. Täten aiien -osajouojen luumäärä saadaan lasemalla luumäärät yhteen eli ( ) ( n 1 1 + n 1 ). Luumäärän on oltava sama lasutavasta riippumatta eli ( n ) ( n 1 ) ( + n 1 1). 13