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1.5.21

[El Problema de la Semana] La combinación secreta

En el problema de hoy tratamos de abrir una caja fuerte:

En una casa abandonada hemos encontrado una vieja caja fuerte cerrada. La cerradura se compone de cuatro rodillos, y en cada uno de ellos están 24 letras del alfabeto. Los rodillos han de combinarse de tal manera que formen una determinada palabra desconocida. Como queremos abrir la caja sin forzarla, hemos decidido ir probando con dichas letras todas las combinaciones posibles. Para probar cada combinación se invierten 6 segundos. Disponemos del fin de semana para encontrar la combinación correcta.

¿Tendremos suficiente tiempo?

Abrimos la caja más abajo de la imagen.

Aquí vemos el rodillo en una cerradura de una antigua caja fuerte. La imagen ha sido sacada de este foro. El rodillo tiene las 26 letras del alfabeto inglés. En el mensaje dejado en el foro, la persona que publica la imagen, un tal Cibarius, comenta: "Hace algunos meses un amigo compró una licorería más abajo de donde vivo, y en el negocio apareció esta vieja caja fuerte. Tiene una cerradura con combinación de 26 letras, y mi amigo se pregunta si habrá alguna forma de abrirla. No sabemos nada de la combinación. He pensado en publicarlo aquí para ver si avanzamos en conseguir abrirla. No sé nada sobre estetoscopios ni como abordar la tarea, ¡cualquier consejo sería estupendo!"
 

SOLUCIÓN:

Conforme vamos probando con los rodillos, por "palabra" no entenderemos solo algo que tenga un significado, como "casa", sino también cualquier variación aunque no signifique nada, como "xaqt", o incluso con letras repetidas, como "bbbf". Para probar solo palabras con significado deberíamos tener un buen diccionario, e incluso así debemos debemos contar con que el que ha puesto la combinación tenga como "palabra" algo que no figure en los diccionarios.

Así, por tanto, tenemos que ir probando todas y cada una de las variaciones de 4 letras que podemos formar con las 24 letras del alfabeto que hay en los rodillos. Preferimos, por razones clásicas, llamarles variaciones, en lugar de combinaciones, que es el término más corriente, concretamente se trata del cálculo de variaciones con repetición.

¿Cuántas variaciones tenemos? Esto es bastante fácil de calcular, basta multiplicar:

24 · 24 · 24 · 24 = 331776 variaciones

Para probar cada variación gastamos 6 segundos, luego el número de segundos que necesitamos para probar todas y cada una de ellas son:

331776 · 6 = 1990656 segundos

Una hora son 3600 segundos, luego tenemos que gastar:

1990656 : 3600 = 552.96 horas = 552 horas, 57 minutos, 36 segundos

Si esto lo pasamos a días,

552.96 : 24 = 23.04 días = 23 días, 0 horas, 57 minutos 36 segundos

Es evidente que con un fin de semana no tenemos tiempo suficiente para probar todas las combinaciones, aunque estemos probando incansablemente, incluso sin dormir por la noche.

Entonces, que acertemos la combinación durante el fin de semana es cuestión de suerte y de probabilidades.

Calcular la probabilidad que tenemos de acertar la combinación de la caja fuerte es bastante sencillo: basta dividir los casos favorables entre los casos posibles. Si consideramos el fin de semana como 2 días completos exactos, entonces tenemos 48 horas para probar combinaciones contando con que no paremos a dormir ni a nada:

48 horas = 48 · 3600 = 172800 segundos

Como en cada variación invertimos 6 segundos:

172800 : 6 = 28800 variaciones 

La probabilidad de que alguna de ellas sea la buscada es de:

28800 : 331776 = 0.0868 aproximadamente.

Es decir, tenemos una probabilidad de 8.68%, menos de un 9%, de acertar la combinación de la caja fuerte.

Notas:

Cuando se dice que los rodillos tienen 24 letras del alfabeto, hay que tener en cuenta que no tiene el alfabeto completo. El alfabeto español tiene 27 letras. El alfabeto inglés tiene 26 (las mismas que el español menos la Ñ). Es probable que al elegir las 24 letras que irán en los rodillos de la caja fuerte hayan quedado fuera la Ñ (porque es exclusivamente española), la Q (porque se puede confundir con la O), y otra más, quizás la W.

Este problema ha sido adaptado del libro Álgebra Recreativa, de Yakob Perelman.

31.12.15

Una moneda para un sorteo

Cuaderno de bitácora: en relación con la situación que se dio en cierto colegio de Granada, en la que se explica lo erróneo del método empleado por algunos Directores para realizar sorteos de plazas escolares, podemos reflexionar qué se puede necesitar para hacer un sorteo probabilísticamente justo con los mínimos elementos posibles.

Cuando se estudia probabilidad, ¿cuál es el ejemplo más simple que se pone de experimento aleatorio? Suele ser el lanzamiento de una moneda. Cuando echamos una moneda al aire, al caer puede quedar expuesta una de sus dos caras (cara o cruz), tenemos, por tanto, dos sucesos elementales posibles C = cara, X = cruz.

Pero repitiendo el lanzamiento, obtenemos combinaciones de sucesos elementales que nos pueden ayudar, por ejemplo, a realizar un sorteo justo con la ayuda de tan solo una moneda.

Tomemos el ejemplo que tratábamos en el caso del sorteo de las plazas escolares. Se trata de elegir aleatoriamente un número entre 111 posibilidades. ¿Se puede hacer con la exclusiva ayuda de una moneda?

La idea es ir tomando el conjunto de números, y dividirlo en dos partes iguales, asignar C a una de las partes y X a la otra, y luego lanzar la moneda para quedarnos con una de las mitades. A esta mitad la dividimos a su vez en dos partes y volvemos a asignar C a una parte, y X a la otra, y así sucesivamente, hasta que nos quedemos solamente con un número, que será el número elegido.

Pero 111 no se puede dividir en dos conjuntos iguales, porque es un número impar, y luego debemos seguir dividiendo por dos varias veces.

Necesitamos utilizar potencias de dos; las potencias de dos con exponente un número entero positivo son: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, etc.

Para el ejemplo que tenemos nos basta tomar 128. Cogemos pues 128 números. Como en realidad los alumnos son 111, del 112 al 128 los números corresponden a alumnos ficticios, o por decirlo de otra manera, si al final del sorteo tenemos la mala suerte de que es elegido uno de estos alumnos ficticios, el sorteo queda anulado y se vuelve a repetir desde el principio.

Tomamos estos 128 números, los dividimos en dos partes iguales de 64 cada una, del 1 al 64 y del 65 al 128. Si sale C, nos quedaremos con la primera mitad, si sale X con la segunda.

Lanzamos la moneda, nos sale, por ejemplo, X, y nos quedamos con los números del 65 al 128 (son 64 números en total). Volvemos a dividir el grupo en dos partes iguales, de 32 números; si sale C nos quedamos con los números del 65 al 96, si sale X, con los números del 97 al 128.

Lanzamos la moneda y nos sale en este segundo intento X otra vez, nos quedamos con los números del 97 al 128.

Así podemos seguir: dividimos el grupo en dos mitades, del 97 al 112, del 113 al 128; lanzamos la moneda y nos sale C, nos quedamos con la primera mitad.

Dividimos otra vez: del 97 al 104, del 105 al 112; lanzamos y sale C, nos quedamos con la primera mitad.

Dividimos: del 97 al 100, del 101 al 104; lanzamos y sale X.

Dividimos: del 101 al 102, del 103 al 104; lanzamos y sale C.

Ahora nos quedan solo dos números, el 101 y el 102; lanzamos y sale C. Nuestro número elegido es el 101.

La sucesión XXCCXCC nos ha llevado al número 101.

Cualquier matenavegante un poco curtido está observando que este método se relaciona íntimamente con los números binarios. En efecto, la sucesión XXCCXCC se puede trasladar de forma natural a número binario con sólo sustituir las X por 1 y las C por 0.

XXCCXCC → 1100100

Sin embargo, si convertimos nuestro número binario en número decimal, parece que las cuentas no coinciden:

1100100 = 1 · 26 + 1 · 25 + 0 · 24 + 0 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 0 · 20 = 64 + 32 + 4 = 100.

Sin embargo el número elegido no es 100, sino 101, ¿por qué esta discrepancia?

Si nosotros tomamos los números binarios de siete cifras desde 0000000 a 1111111, en sistema decimal estos números representan del 0 al 127. En nuestro sorteo hemos considerado los números del 1 al 128. Es decir, es como si tomáramos la lista de números binarios de siete cifras y la desplazáramos un lugar, por lo tanto la conversión en caras y cruces a números binarios debe hacerse sumando una unidad al resultado:

XXCCXCC = 1100100 + 1 = 100 + 1 = 101

Con este ejemplo podemos ver que se puede realizar un sorteo justo aunque no se disponga más que de una moneda. Siempre que la moneda no esté trucada.

22.1.15

El Gordo no toca

Cuaderno de bitácora: recientemente, con motivo de las fiestas navideñas, un compañero surcador de los mares me preguntó si las matemáticas daban alguna fórmula para ganar a la lotería. Mi respuesta fue que las matemáticas te mostraban que ganar a la lotería es casi imposible.
En España, entre otros juegos de lotería, tenemos el Sorteo de Navidad, que se juega el 22 de diciembre, todos los años. Participar de este sorteo es una tradición muy extendida entre los españoles. Se dice que más de un 80% de los españoles juega alguna participación (algún décimo o participaciones más pequeñas). Para este último año se ha calculado que la media de dinero jugado por cada español era de unos 61'56 euros, cantidad bastante respetable.
Durante la mañana del 22 de diciembre, los medios de comunicación retransmiten como los niños y niñas del Colegio de San Ildefonso van cantando los números premiados, pero el número que más interesa es el Gordo (el primer premio), que reparte 20.000 euros por cada euro jugado. Luego en las noticias aparecen los datos de los lugares donde ha caído el Gordo y otros premios secundarios, y reportajes de algunas personas celebrando que les ha tocado algún premio.

[En la foto se ven las manos de los niños colocando las bolas que han salido en los alambres: una bola tiene el número agraciado y su pareja en el alambre paralelo tiene el premio que ese número ha obtenido. Las bolas están hechas de madera de boj, y los números están grabados a láser. Hay dos bombos, uno con los 100.000 números y otro con los premios. En total hay 1807 bolas en el bombo de los premios: 1 primer premio llamado el Gordo, 1 segundo premio, 1 tercer premio, 2 cuartos premios, 8 quintos premios y 1794 pedreas. Los números premiados son los van saliendo del bombo y se emparejan con estas bolas de los premios; también son premiados aquellos números que reciben premios especiales, como los números anteriores y posteriores al Gordo, al segundo, al tercero, los que tienen las últimas cifras coincidentes con alguno de los premios principales, etc. Para más detalles, ver la página de la Wikipedia correspondiente]

Si usted quiere participar en el sorteo, tenga en cuenta esto: comprando un número no le va a tocar el Gordo. Si quiere, podemos hacer una apuesta. Yo apostaré a que no le toca.
Los números posibles de la lotería de Navidad son 100.000. El Gordo es solo uno. La probabilidad de que comprando una participación de un número le toque el Gordo es una entre cien mil. En tanto por ciento sería 0'001%. Si apuesto con usted a que no le va a tocar el Gordo, tengo una probabilidad de ganar de un 99'999%. Es una buena probabilidad. El Gordo no toca.
Entonces, me dirá usted, si el Gordo no toca, ¿por qué vemos en televisión o en las noticias a personas a las que les ha tocado? Reflexione sobre esto: si la información fuera equitativa, por cada persona a la que el Gordo ha tocado, tendrían que entrevistar a 99.999 personas a las que no les ha tocado. Solo con que se le concediera un segundo de televisión a cada una de esas cien mil personas, estaríamos más de 27 horas viendo rostros, uno por segundo. Si fueran entrevistando una por una a esas 100.000 personas nos daríamos cuenta de una verdad probabilística incontestable: el Gordo no toca, y esto es cierto con una probabilidad del 99'999%.
No sé si esto hará cambiar de opinión a todos aquellos que siguen ilusionados en que les toque el Gordo. Además del Gordo hay otros premios (el segundo, el tercero, el cuarto, el quinto, las pedreas, los premios especiales, los reintegros). Sólo el 15% de los números recibe algún premio o reintegro. Si se juega a un número hay una probabilidad del 85% de perder todo el dinero.

Yo he jugado varios años a la lotería de Navidad. He comprado unos cuantos décimos y participaciones. Tan sólo un año me tocó un premio muy menor, (la llamada pedrea) en una de las participaciones, entre las participaciones y décimos que jugué había una de 4 euros en la que gané 20. La cantidad de dinero perdido en estos años ha sido mucho mayor, varios cientos de euros. Este año no jugué. La lotería de Navidad ha sacado un anuncio publicitario en el que explotaba el temor a no jugar un número cuando todos tus conocidos juegan al mismo número. Yo también sentí cierto temor de que le tocara a los compañeros de trabajo que sí jugaron a un décimo que yo no compré, y sentí miedo de que luego me reencontrara con ellos, todos alegres, y yo estuviera lamentándome de no haber jugado. Pero no fue así. A mis compañeros tampoco les tocó. Pero yo tenía una probabilidad del 99'999% a mi favor. Gané y no tuve que lamentarme.
También podemos creer que si jugamos un año y otro y otro, al final nos debe tocar el Gordo. Pero hay que esperar mucho tiempo para tener ciertas opciones. Si jugamos un año, la probabilidad de que no toque es de 99'999%. Si jugamos dos años, la probabilidad de que no toque ninguno de los dos años se calcula tomando 99'999% = 0'99999 y elevándolo al cuadrado: 0,9999800001 =99'99800001%, que es casi la misma probabilidad. Si jugamos toda la vida, la probabilidad tampoco sube mucho.
Si jugamos 100 años seguidos, la probabilidad de que no nos toque ningún año es todavía del 99'9% aproximadamente (0'99999 elevado a 100). Si jugamos 1000 años seguidos, la probabilidad de que no nos toque ningún año es del 99% y si jugásemos durante 10.000 años, tendríamos todavía una probabilidad de que el Gordo no nos tocase de 90'48%. Tendríamos que jugar durante log(0'50)/log(0'99999) = 69.314 años para que la probabilidad de que el Gordo nos toque alguna vez llegue al 50%.
Ya ven ustedes, el Gordo no toca.
P.D.: no podemos negar que es bonito jugar a la lotería de Navidad, se trata de un acontecimiento social en el que todo el país se une lleno de ilusión para jugar juntos en una fecha que marca el comienzo de la fiestas navideñas. Es agradable compartir números con la familia y los amigos, y luego comentar dónde han caído los premios.
Sin embargo, a la hora de la verdad, supone un negocio en el que muchísima gente gasta mucho dinero y unos pocos (poquísimos) reciben unos grandes premios, que no compensan todo el dinero gastado por toda la sociedad. Según mi opinión se podría organizar un sorteo en el que se rebajara la cuantía de los premios, pero se aumentara mucho el número de premios otorgados, para que así hubiera mucha más cantidad de personas que recibieran premios (cien veces más, por lo menos). Además sería justo que todo el dinero invertido por la sociedad se volviera a repartir en premios, y no como ahora, donde el porcentaje que se pierde en impuestos es cada vez más grande. De ahí la frase "a Hacienda siempre le toca el Gordo en Navidad".
No obstante, las empresas de juegos de azar tratan de atraer cada vez más público promocionando premios mayores, cuando lo que en realidad hacen es disminuir drásticamente las probabilidades de que uno gane cualquiera de esos premios. Así sucede con la lotería primitiva, la bono loto, los euro millones, etc. Tocan millones de euros, pero a una sola persona, y a veces el premio queda desierto. Hagamos conciencia de que somos millones de jugadores, y entonces la probabilidad de que seamos la persona afortunada a la que toca uno de esos premios es minúscula. Si el Gordo no toca, los euro millones, las lotos y bono lotos, tocan muchísimo menos.

30.9.14

La Esperanza de Vida

Recientemente escuchamos a una persona explicar que en cierto país había una esperanza de vida de 35 años. "Observen ustedes", dijo, "nadie pasaba de los 35 años, todo el mundo se moría sobre esa edad".

Este comentario es algo muy común, y cualquier persona que lo oye está de acuerdo. Mecánicamente, nos imaginamos que en ese país nadie llega a anciano y que los habitantes, cuando se acercan a los treinta años de edad, ya están envejecidos o acosados por enfermedades que acabarán con ellos en muy poco tiempo.

Pero no es así. El término esperanza de vida es un término matemático, probabilístico. La esperanza es la media probabilística de las edades que se espera que alcancen los habitantes de una población. Es una media aritmética, y como media, es lógico pensar que hay personas que alcanzan menos edad y otras que alcanzan más edad.


Uno de los problemas fundamentales en los países con una sanidad subdesarrollada es la alta mortalidad infantil. Un gran porcentaje de niños mueren en sus primeros años de vida porque no son atendidos adecuadamente, o bien por las malas condiciones higiénicas o de alimentación. También las mujeres que dan a luz corren muchos riesgos de fallecer en el parto o a consecuencia de problemas derivados de él. Este factor de por sí disminuye mucho la esperanza de vida. También influyen, evidentemente, las guerras, en las que fallecen muchas personas jóvenes, sobre todo soldados combatientes; igualmente epidemias, hambrunas, etc.

Pero si descartamos estos factores mencionados y nos quedamos solamente con la mortalidad infantil, podemos comprobar que influye enormemente en la esperanza de vida. Supongamos que una pareja tiene cuatro hijos. Tres de ellos mueren a la edad de 1 año. El cuarto sobrevive a la infancia y su vida se alarga hasta los 97 años. Si hacemos la media entre las edades:

1 + 1 + 1 + 97 = 100;
100 : 4 = 25

Resulta que la esperanza de vida de los hijos de dicha pareja es de 25 años. Pero ninguno de ellos ha muerto a los 25 años, tan solo es una media entre las cuatro edades. El problema está en que tres no han podido superar el primer año de vida, pero el que sí superó la infancia ha llegado a anciano y ha fallecido con edad muy avanzada.

Con esto se demuestra que la mortalidad infantil es un factor tremendamente importante en el cálculo de la esperanza de vida. Si en el ejemplo anterior hubieran dos niños que sobrevivieran al primer año de vida y alcanzaran ambos la edad de 97 años, entonces:

1 + 1 + 97 + 97 = 196;
196 : 4 = 49

La esperanza salta de golpe a 49 años. Si fueran tres los que sobreviven:

1 + 97 + 97 + 97 = 292;
292 : 4 = 73

Ahora tenemos una esperanza de 73 años. Obsérvese que en ninguno de los casos puestos como ejemplo la esperanza tiene relación con las edades reales. Su dato, la media de las edades, no nos da una idea de lo que realmente está pasando. En el último ejemplo se puede observar también que basta que uno de los niños muera en el primer año de vida para que la esperanza de vida, 73 años, disminuya (en más de veinte años) respecto a la edad real, 97 años, que alcanzan los otros tres.

Podemos concluir, por tanto, que en cuanto disminuye la mortalidad infantil, la esperanza de vida de la población se dispara. Pero no porque de repente todo el mundo vaya a vivir más años, sino porque la media de edades alcanzadas se ve muy afectada. Lo que ocurre en realidad es que las personas tienen menos probabilidades de morir en la infancia, pero aquellas que sobreviven a la infancia llegarán a ancianos igual que antes, y puede que mueran de media a la misma edad.

18.7.11

[El Problema de la Semana] Repartamos beneficios

Aquí tenemos un nuevo problema propuesto en su día a los grumetes.

Sara tiene que repartir las ganancias de la lotería, que han sido exactamente 8268 €, entre todos los miembros de una peña de juego. Incluyéndose ella misma, sabemos que hay entre 80 y 150 miembros en la peña. Si Sara logra repartir los beneficios en euros enteros (sin tener que usar céntimos), de forma exacta e igual para todos, ¿cuántos miembros tiene la peña? ¿Cuánto gana cada uno?

La solución, como ya es conocido, aparecerá más abajo.

[Ya que tocamos el tema de la lotería, hemos elegido esta fotografía, publicada en el diario ABC, de uno de los premios más abultados que ha repartido el Sorteo de los Euromillones. El premio, concedido en el sorteo del viernes, 13 de mayo de 2011, fue a parar a las manos de un joven panadero de la localidad de Pilas, cerca de Sevilla. Pero no hay que ilusionarse: la probabilidad de acertar el bote de los Euromillones es de 1 entre más de 76 millones. Es mucho más fácil que te toque la lotería nacional, los cupones de la ONCE o incluso acertar una quiniela]

Solución:
El problema no es difícil, hay que encontrar un número, comprendido entre 80 y 150, que divida exactamente al número 8268.
Si descomponemos 8268 en factores primos, tenemos que 8268 = 2 · 2 · 3 · 13 · 53. Para que un número divida a 8268 tiene que estar compuesto de algunos de estos factores, y por tanto vamos probando combinaciones de ellos, seleccionando aquella que quede entre 80 y 150.
Es suficiente con probar unas cuantas posibilidades para convencernos de que el único divisor que está entre 80 y 150 es 2 · 53 = 106. Por tanto la peña tiene 106 miembros, y al repartir el premio, a cada uno le ha tocado 78 euros.

Nota: este problema ha sido extraído del libro The Riddles of the Sphinx, de David J. Bodycombe, editorial Penguin Books.

11.10.09

El Caso del Sorteo Injusto

Cuaderno de bitácora: aquí en España, los padres se encuentran con algunos problemas para que sus hijos ingresen en el colegio preferido por ellos. En algunos colegios la demanda de plazas es superior a la oferta: hay muchos más niños que solicitan ingresar al colegio que plazas disponibles. Para poder acceder a ellos las familias son puntuadas con un baremo por la situación familiar, el domicilio, el nivel de ingresos económicos, etc. De ese modo los niños con más puntos tienen preferencia para entrar en los colegios que solicitan, pero aún así, se dan muchos casos en los que los colegios siguen teniendo una demanda excesiva y tienen que recurrir a un sorteo para asignar las plazas disponibles.
Así le ha ocurrido a un compañero oficial del Barco Escuela. Su hija está en edad de ingresar en el colegio para la etapa Infantil, y en el centro que sus padres han elegido aquí en Granada había 50 plazas disponibles, mientras que el número de solicitantes ascendía a 111.
El sorteo para asignar las plazas se celebró hará cinco meses, y a la hija de mi compañero no le tocó. Días después de que se hiciera el sorteo, habló conmigo y me expresó ciertas dudas que tenía sobre cómo se había realizado. Me explicó que para seleccionar a los niños se les había ordenado por orden alfabético y se les había asignado un número, del 1 al 111. A la hija de mi compañero le dieron el 78. Después se sorteó uno de los números y una dirección para contar, ascendente o descendente.
Por ejemplo, si sale el número 40 y luego se sortea una dirección y sale ascendente, entonces los alumnos que ingresarían en el colegio serían los que tienen los números 40, 41, 42, …, 88 y 89, es decir, se cuentan cincuenta niños a partir del que ha salido, en sentido ascendente. Si hubiera salido el 40 en sentido descendente, los niños serían los números 40, 39, 38, …, 2, 1, 111, 110, 109, ... , 103 y 102. Cuando se termina la lista en sentido ascendente o descendente, se supone que se continúa cíclicamente por el otro extremo.
Hasta aquí, todo es correcto. El problema surgió al sortear el número que sería el punto de partida para el conteo. En lugar de tomar, por ejemplo, 111 bolas numeradas, introducirlas en una bolsa o en un bombo y sacar una al azar, a los responsables no se les ocurrió otra cosa que sortear la centena, luego la decena y luego la unidad.
Así dijeron: "primero sorteamos 0 ó 1, y saldrá menos de cien o más de cien". (Al sortear, salió el 1.) "Ya tenemos un número de cien en adelante. Luego, como los mayores de cien son del 100 al 111, sorteamos la decena: también 0 ó 1 solamente". (Salió el 1 también.) "Ya sólo queda sortear entre el 110 y el 111, otra vez elegimos entre 0 y 1". (Volvió a salir el 1.) Salió como número elegido, por tanto, el 111. Se sorteó luego el sentido, salió ascendente, y los niños seleccionados para las plazas disponibles fueron los que tenían los números 111, 1, 2, 3, 4, …, 49.
Muy mal hecho. Este sorteo es totalmente injusto. No asigna las mismas probabilidades de salir a cada niño. Es muy fácil entender, por ejemplo, que al sortear la centena se están dando las mismas probabilidades a dos conjuntos diferentes: los 99 primeros niños (del 1 al 99), cuya centena es 0, y los 12 niños siguientes (del 100 al 111) cuya centena es 1. Es mucho más ventajoso estar en el segundo grupo, pues hay menos competidores. Lo mismo ocurre luego con la decena, pues tenemos dos grupos diferentes también, uno de 10 niños (del 100 al 109) y otro de sólo 2 (110 y 111). Así tenemos que, de entrada, números como el 78 tienen una probabilidad entre 200 de salir (un 0’5%), mientras que el 110 ó el 111 tienen una probabilidad de salir de una entre ocho (12’5%), una probabilidad 25 veces superior. De esa forma, el sorteo está viciado desde el origen, pues luego al contar cincuenta ya no se tienen las mismas probabilidades.
A mi compañero también le recordé que hubo un sorteo parecido hace unos años con los reclutas de la mili (el servicio militar obligatorio que existió en España hasta hace poco). Al igual que en el colegio del que estamos hablando, las plazas en el ejército para hacer la mili eran ese año menos del número de reclutas que se presentaban. Había unos 160.000 reclutas para unas 70.000 plazas (más o menos, según lo que recuerdo). Se numeró a los reclutas, puede que por orden alfabético, y se sorteó un número, y a partir de él se contaban los 70.000.
El problema estuvo en que el número se sorteó con los bombos de la lotería, pero éstos sólo contienen 100.000 números, con lo que en primer lugar se sorteó la centena de millar 0 ó 1: si salía 0, el número que saliera en el bombo (del 00000 al 99999) sería el válido, pero si salía 1, sólo se tendrían en cuenta del 00000 al 60000 y al número que saliera en el bombo había que ponerle un 1 delante. Así se hizo, pero luego salió el caso en la prensa y se explicaba que había sido un sorteo injusto, y se incluía un estudio probabilístico de las posibilidades de salir de todos los números. No recuerdo si el sorteo fue recurrido por los que sí fueron seleccionados, porque a la mili no quería ir nadie que fuera lo suficientemente sensato, al contrario de nuestro colegio, en el que lo que interesa es conseguir la plaza.
Me ofrecí a hacer un estudio probabilístico completo del sorteo tal y como se había realizado, para demostrar que con él, los niños tenían distintas probabilidades de entrar. En efecto, me salió, por ejemplo, que la hija de mi compañero tenía una probabilidad del 47% aproximadamente, la misma que tenían bastantes otros niños, pero en otros la probabilidad oscilaba desde una máxima, un 53% para el 110 y el 111, hasta una mínima, de un 26% para el 50. Estuve entretenido un par de horas haciendo cálculos laboriosos, trabajando en este problema que me parecía tan interesante, y luego le mandé el resultado a mi compañero para que pudiera presentar la reclamación correspondiente. Así lo hizo, y después de varias semanas sin noticias, pareció que la Delegación de Educación de Granada estaba teniendo en cuenta los argumentos y era posible que se repitiera el sorteo.
Todo este caso me parece un ejemplo muy interesante de cómo las matemáticas de un nivel medio pueden ser útiles en situaciones importantes de la vida cotidiana, distintas de la economía, la construcción, el bricolaje y otras más habituales. Sin embargo, si se repitiera el sorteo no quiere decir que la hija de mi compañero fuera a obtener la plaza con seguridad, pero al menos disfrutaría de una nueva oportunidad, y en este caso con un sorteo justo, no como el primero. Habría, sin embargo, padres que sus hijos sí salieron entre los seleccionados y si el sorteo se volviera a hacer, esos niños se quedarían probablemente fuera del colegio. Para ellos sería difícil aceptar nuestra reclamación, pero hay que comprender que la responsabilidad de todo el asunto recae en las personas que organizaron este sorteo, las cuales lo prepararon sin cuidado y con ignorancia de las leyes de probabilidad, haciendo un tratamiento injusto y arbitrario, aunque no fuera esa su intención, de algo tan delicado como el futuro de 111 niños y niñas y sus respectivas familias.
Al cabo de los meses, después de las vacaciones de verano, tras regresar de nuestros respectivos periplos por los templados mares tropicales, mi compañero oficial me ha informado que, desgraciada e inexplicablemente, la Delegación de Educación ha desestimado la reclamación. Para seguir reclamando queda abierta la vía judicial, pero para tomar esta vía se necesita un abogado, un juicio, que, según le han dicho, puede tardar en resolverse ¡de cinco a ocho años!, y que tras el juicio, si se ganara la causa, lo único que se conseguiría es que ¡se repitiera el sorteo! Repetir un sorteo para ver si una niña entra en un colegio cuando la niña puede estar ya en el instituto, cursando la Secundaria...
Todo este asunto no hace más que dejar un sabor amargo de decepción al enfrentarse con la realidad de las matemáticas en la vida cotidiana, y descubrir la ignorancia de las leyes básicas de la probabilidad entre personas con puestos sociales importantes, como los Directores de colegios, la poca importancia que se le da a garantizar que los sorteos sean justos desde la misma Delegación de Educación, y la terrible, espantosa lentitud con la que funcionan a veces los tribunales de justicia y que los convierte finalmente en injustos, sea cual sea el veredicto final.
PD: para todos los interesados en profundizar en el problema, pretendo subir pronto a la red el documento PDF en el que está resuelto y calculadas todas las probabilidades.

8.3.08

El Primer Examen de Oposiciones

Muchos de mis compañeros oficiales del Barco Escuela tienen que presentarse a las próximas oposiciones. Se celebrarán este año, como viene siendo habitual, a finales de junio. En las oposiciones tendrán que hacer un primer examen escrito, que han de aprobar. En él se les preguntará un tema elegido al azar entre el temario oficial de cada materia.

Por ejemplo, si uno se quiere presentar a las Oposiciones a Profesor de Inglés, el temario tiene 69 temas. En esta convocatoria, aunque todavía no ha sido publicada, se comenta que para el primer examen se sortearán 5 de esos temas, y cada persona que se presente elegirá uno de esos cinco temas y lo desarrollará. El problema es saberse al menos uno de esos cinco temas.

Para la mayoría de los que se presentan, el tiempo de estudio del temario es muy escaso, y no suele bastar para estudiarse todos los temas. El problema está entonces en que si, por ejemplo, de esos 69 temas nos estudiamos 20, 30 ó 40, ¿qué probabilidad hay de que en el sorteo caiga uno de los temas que nos hemos estudiado?


Vamos con un ejemplo concreto: supongamos que son 69 temas, y que te has estudiado 40 y te has dejado 29 temas sin estudiar.

Si sólo se sorteara un tema, la probabilidad de que te toque uno de los temas que te has estudiado es:

suceso A = "que te toque uno de los temas que te has estudiado"
p(A) = 40/69 = 0.5797, es decir, un 57.97% de probabilidades de que te toque.

Este caso es muy sencillo. Pero supongamos que son 2 temas los que se sortean. Nos interesa que al menos uno de ellos sea de los que nos hemos estudiado, pero aquí hay varias situaciones: que el primer tema de los sorteados sea el que nos sabemos, que sea el segundo, o que tanto el primero como el segundo sean temas de los que nos hemos estudiado.

Para calcular la probabilidad de una forma más sencilla, hay que razonar con lo contrario: ¿cuál es la probabilidad de que al sortear dos temas ninguno de los que salgan sea de los que nos hemos estudiado? Hay que calcular entonces la probabilidad de que el primer tema sorteado no sea de los estudiados y de que el segundo tampoco. Necesitamos usar las fórmulas de la probabilidad de una intersección.

En matemáticas, la probabilidad de la intersección de dos sucesos es igual a la probabilidad del primero multiplicada por la probabilidad del segundo condicionado al primero:

p(A y B) = p(A) · p(B/A)

En el caso ejemplo que estamos viendo, un temario de 69 temas, nos sabemos 40 y nos faltan 29 por saber, el cálculo sería:

suceso A = "que el primer tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"
suceso B = "que el segundo tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"

p(A y B) = p(A) · p(B/A) = 29/69 · 28/68 = 0.1731, es decir, un 17.31%
Hay un 17.31% de probabilidades de que no sepamos ninguno de los temas.

Luego la probabilidad de que sí te toque alguno de los que te has estudiado es de 82.69% (lo que falta hasta el 100%)

Esta fórmula se puede extender a la intersección de varios sucesos, todos los que se quiera. En el caso de cinco sucesos, la fórmula adquiere un aspecto impresionante, pero no es difícil de comprender una vez que se analiza con detalle:

p(A y B y C y D y E) = p(A) · p(B/A) · p(C/A y B) · p(D/A y B y C) · p(E/A y B y C y D)

Veamos ahora el caso que nos ocupa: sortean 5 temas a elegir uno. Nuestro temario se compone de 69 temas. Nos sabemos 40 y no nos sabemos los 29 restantes. Entonces el cálculo es más largo pero no muy difícil:

suceso A = "que el primer tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"
suceso B = "que el segundo tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"
suceso C = "que el tercer tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"
suceso D = "que el cuarto tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"
suceso E = "que el quinto tema sorteado no sea uno de los que te has estudiado"

p(A y B y C y D y E) = p(A) · p(B/A) · p(C/A y B) · p(D/A y B y C) · p(E/A y B y C y D)
= 29/69 · 28/68 · 27/67 · 26/66 · 25/65 = 0.0106, es decir, un 1.06%

Hay un 1.06% de probabilidades de que no te salga ninguno de los temas estudiados.

Luego la probabilidad de que al menos uno de los temas sí sea de los que te has estudiado es de 98.94%

Una probabilidad bastante alta, ¿no?

He elaborado una tabla con las probabilidades de que caiga algún tema de los estudiados, según el número de temas que tiene el temario y el número de temas que uno se estudia. He abarcado un rango de temarios de 40 hasta 80 temas, tomados de cinco en cinco. Las probabilidades están expresadas en tanto por ciento y redondeadas a dos cifras decimales. En la fila de arriba están los temas de los que consta un temario, y en la columna de la izquierda los temas estudiados. Ejemplo: si uno tiene un temario de 75 temas y se estudia 25, entonces la probabilidad de saberse al menos uno de entre los cinco temas elegidos al azar es de 87.72% (compruébese buscando en la tabla). Para valores intermedios, es sencillo hacer una interpolación aproximada.



40
45
50
55
60
65
70
75
80
5
50,66
46,14
42,34
39,09
36,30
33,88
31,75
29,88
28,21
10
78,34
73,43
68,94
64,88
61,21
57,88
54,87
52,14
49,65
15
91,93
88,34
84,68
81,08
77,63
74,35
71,26
68,36
65,64
20
97,64
95,65
93,27
90,67
87,95
85,21
82,49
79,84
77,28
25
99,54
98,73
97,49
95,90
94,06
92,03
89,91
87,72
85,53
30
99,96
99,75
99,27
98,47
97,39
96,07
94,56
92,92
91,19
35
100,00
99,98
99,86
99,55
99,03
98,27
97,32
96,19
94,92
40
100,00
100,00
99,99
99,91
99,72
99,36
98,82
98,12
97,26
45

100,00
100,00
99,99
99,95
99,81
99,56
99,17
98,65
50


100,00
100,00
100,00
99,96
99,87
99,69
99,41
55



100,00
100,00
100,00
99,98
99,91
99,78
60




100,00
100,00
100,00
99,98
99,94
65





100,00
100,00
100,00
99,99
70






100,00
100,00
100,00
75







100,00
100,00
80








100,00


¡Suerte a todos!