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La estadística, junto con la epidemiología, es un instrumento indispensable en el
proceso de investigación en medicina. Formalmente, se puede clasificar la estadística en
descriptiva, cuando se utiliza simplemente para la presentación y síntesis de la
información recogida en un estudio, e inferencial, que tiene por objetivo generalizar la
información obtenida en una muestra a resultados válidos para la población de la que
procede1. Supongamos, por ejemplo, que nos interesa comparar dos fármacos A y B y
determinar cuál de ellos es más eficaz para el tratamiento de una determinada
enfermedad. Para ello, se diseña un estudio distribuyendo 100 enfermos en dos grupos,
cada uno de los cuales recibe uno de los dos tratamientos. Al cabo de 1 mes, la tasa de
curación en cada grupo es del 80% y del 70%, respectivamente. Ante esta información,
¿es correcto suponer que el tratamiento A es mejor que el tratamiento B para esta
enfermedad en concreto? La respuesta a esta pregunta, como a la mayor parte de
problemas que pueden plantearse en medicina, está sujeta a un cierto grado de
incertidumbre que hacen muy complicado tomar una decisión al respecto. En la
respuesta de un paciente al tratamiento pueden influir diversos factores, entre los que se
incluye el azar, que pueden provocar una gran variabilidad en los resultados. La
aplicación de los principios de la estadística a la clínica permite reducir y cuantificar
dicha variabilidad y ayudar a la toma de decisiones. En particular, el cálculo de
probabilidades suministra las reglas apropiadas para cuantificar esa incertidumbre y
constituye la base para la estadística inductiva o inferencial.

El objetivo de este trabajo consiste en introducir algunos de los conceptos básicos del
cálculo de probabilidades, así como las reglas necesarias para el desarrollo de la
inferencia estadística en medicina. Una exposición más detallada de estos y otros
conceptos puede encontrarse en referencias más especializadas2-8.

El concepto de probabilidad resulta familiar a cualquier profesional del ámbito
sanitario, pero una definición más precisa exige considerar la naturaleza matemática de
dicho concepto. La probabilidad de ocurrencia de un determinado suceso podría
definirse como la proporción de veces que ocurriría dicho suceso si se repitiese un
experimento o una observación en un número grande de ocasiones bajo condiciones
similares. Por definición, entonces, la probabilidad se mide por un número entre cero y
uno: si un suceso no ocurre nunca, su probabilidad asociada es cero, mientras que si
ocurriese siempre su probabilidad sería igual a uno. Así, las probabilidades suelen venir
expresadas como decimales, fracciones o porcentajes.

La definición anterior de probabilidad corresponde a la conocida como definición
frecuentista. Existe otra descripción más formal desde el punto teórico que permite
definir el concepto de probabilidad mediante la verificación de ciertos axiomas a partir
de los que se deducen todas las demás propiedades del cálculo de probabilidades2. En
otros contextos, se ha defendido una interpretación más amplia del concepto de
probabilidad que incluye las que podemos denominar probabilidades subjetivas o
personales, mediante las cuales se expresa el grado de confianza o experiencia en una
proposición. Esta definición constituye la base de los llamados métodos bayesianos, que
se presentan como alternativa a la estadística tradicional centrada en el contraste de
hipótesis9-11. No obstante, y en relación con el propósito de este trabajo, bastará con
considerar la definición frecuentista anterior. Así, a partir de una población con N
elementos, de los cuales k presentan una característica A, se estimará la probabilidad de
la característica A como P(A) = k/N. Así, por ejemplo, en una población de 100
pacientes, 5 de los cuales son diabéticos, la probabilidad de padecer diabetes
p(Diabetes) se estimará como el cocient:e 5/100= 0.5.

Es conveniente conocer algunas de las propiedades básicas del cálculo de
probabilidades:

               Para un suceso A, la probabilidad de que suceda su complementario (o
               equivalentemente, de que no suceda A) es igual a uno menos la
               probabilidad de A:




          donde     denota al suceso contrario o suceso complementario de A.

               Si un fenómeno determinado tiene dos posibles resultados A y B
               mutuamente excluyentes (es decir, que no pueden darse de forma
               simultánea, como ocurre en el lanzamiento de una moneda al aire), la
               probabilidad de que una de esas dos posibilidades ocurra se calcula como
               la suma de las dos probabilidades individuales:

                                                                (1)

La extensión de la ley aditiva anterior al caso de más de dos sucesos mutuamente
excluyentes A, B, C... indica que:



Consideremos, como ejemplo, un servicio de urología en el que el 38,2% de los
pacientes a los que se les practica una biopsia prostática presentan una hiperplasia
benigna (HB), el 18,2% prostatitis (PR) y en un 43,6% el diagnóstico es de cáncer (C).
La probabilidad de que en un paciente que se somete a una biopsia de próstata no se
confirme el diagnóstico de cáncer prostático será igual a:



Es decir, en un 56,4% de los casos se logra descartar un diagnóstico maligno. De modo
equivalente, la probabilidad anterior podría haberse calculado como la probabilidad del
suceso contrario al del diagnóstico de cáncer:



Nótese la importancia del hecho de que los sucesos anteriores sean mutuamente
excluyentes. Sin esta condición, la ley de adición no será válida. Por ejemplo, se sabe
que en una determinada Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) el 6,9% de los pacientes
que ingresan lo hacen con una infección adquirida en el exterior, mientras que el 13,7%
adquieren una infección durante su estancia en el hospital. Se conoce además que el
1,5% de los enfermos ingresados en dicha unidad presentan una infección de ambos
tipos. ¿Cuál será entonces la probabilidad de que un determinado paciente presente una
infección de cualquier tipo en UCI? Para realizar el cálculo, si se suman simplemente
las probabilidades individuales (0,069+0,137) la probabilidad de un suceso doble
(infección comunitaria y nosocomial) se estará evaluando dos veces, la primera como
parte de la probabilidad de padecer una infección comunitaria y la segunda como parte
de la probabilidad de adquirir una infección en la UCI. Para obtener la respuesta
correcta se debe restar la probabilidad del doble suceso. Así:

               Si un fenómeno determinado tiene dos posibles resultados A y B, la
               probabilidad de que una de esas dos posibilidades ocurra viene dada, en
               general, por la expresión:



Por lo tanto, si dos o más sucesos no son mutuamente excluyentes, la probabilidad de
que ocurra uno de ellos o ambos se calcula sumando las probabilidades individuales de
que ocurra una de esas circunstancia, pero restando la probabilidad de que ocurra la
común.

Resulta evidente que, para el caso de procesos mutuamente excluyentes,               y
se obtiene (1).

En el ejemplo anterior, la probabilidad de infección en UCI vendrá dada, por lo tanto,
como:



Es decir, 19 de cada 100 enfermos registrará alguna infección (ya sea de tipo
comunitario o nosocomial) durante su ingreso en la citada unidad.

A veces, la probabilidad de que un determinado suceso tenga lugar depende de que otro
suceso se haya producido o no con anterioridad. Esto es, en ocasiones el hecho de que
se produzca un determinado fenómeno puede hacer más o menos probable la aparición
de otro. Este tipo de probabilidades se denominan probabilidades condicionadas, y se
denotará por          a la probabilidad condicionada del suceso A suponiendo que el
suceso B haya ocurrido ya.

               La ley multiplicativa de probabilidades indica que la probabilidad de que
               dos sucesos A y B ocurran simultáneamente es igual a:

                                                                 (3)

La ley multiplicativa anterior se utiliza también con el fin de determinar una
probabilidad condicional          a partir de los valores de         y      :

                                                                 (4)

Supongamos, por ejemplo, que queremos estudiar la incidencia del hecho de ser
fumador como factor de riesgo en el desarrollo de una enfermedad en una determinada
población. Para ello se diseñó un estudio prospectivo y, tras seleccionar una muestra de
180 sujetos, los resultados son los que se muestran en la Tabla 1. Considerando toda la
muestra, la probabilidad de desarrollar la enfermedad (E) en la población de estudio es:




Mientras que la probabilidad de padecer la enfermedad un fumador (F) es:




Y un no fumador:




Teniendo en cuenta que:




Podría haberse aplicado la fórmula (4) para obtener cualquiera de las dos probabilidades
condicionadas anteriores, resultando idénticos valores:




En el ejemplo, se constata por lo tanto que la incidencia de la enfermedad es diferente
en la población fumadora que en la no fumadora (85,7% vs 18,2%). Así pues, la
probabilidad de desarrollar la enfermedad depende de si se es o no fumador. En otras
ocasiones, sin embargo, sucede que la ocurrencia o no de un determinado fenómeno B
no influye en la ocurrencia de otro suceso A. Se dice entonces que los sucesos A y B
son independientes y se verificará que:

                                                                 (5)

Sustituyendo (5) en (3) se obtiene entonces que:



Es decir, en caso de independencia, la probabilidad de que ocurran dos sucesos de forma
simultánea es igual al producto de las probabilidades individuales de ambos
sucesos.Así, dos sucesos son independientes, si el resultado de uno no tiene efecto en el
otro; o si el que ocurra el primero de ellos no hace variar la probabilidad de que se de el
segundo.
Obviamente, en la práctica, y debido a las variaciones en el muestreo, será
extremadamente difícil encontrar una muestra que reproduzca de forma exacta las
condiciones de independencia anteriores. El determinar si las diferencias observadas son
o no compatibles con la hipótesis de independencia constituye uno de los principales
problemas que aborda la estadística inferencial.

                Si se considera un fenómeno con k resultados posibles, mutuamente
                excluyentes, B1, B2,...,Bk y se conoce la probabilidad de cada uno de
                ellos, el llamado Teorema de las Probabilidades Totales permite
                calcular la probabilidad de un suceso A a partir de las probabilidades
                condicionadas:



Utilizando la expresión para el cálculo de la probabilidad de la intersección de dos

sucesos se tiene que                            y, por lo tanto:



En el ejemplo anterior, podría aplicarse este resultado para el cálculo de la incidencia de
la enfermedad en la población de estudio:



Las leyes aditiva y multiplicativa, junto con la noción de probabilidades condicionadas
y el teorema de las probabilidades totales se han empleado para desarrollar el llamado
Teorema de Bayes, de indudable interés en la aplicación de la estadística al campo de
la medicina. Si se parte de la definición de probabilidad condicionada (4):

                                ó


siempre que             y       . Aplicando además el teorema de las probabilidades
totales se llega a que:




El diagnóstico médico constituye un problema típico de aplicación del Teorema de
Bayes en el campo médico, puesto que permite el cálculo de la probabilidad de que un
paciente padezca una determinada enfermedad una vez dados unos síntomas concretos.
La capacidad predictiva de un test o de una prueba diagnóstica suele venir dada en
términos de su sensibilidad y especificidad12. Tanto la sensibilidad como la
especificidad son propiedades intrínsecas a la prueba diagnóstica, y definen su validez
independientemente de cuál sea la prevalencia de la enfermedad en la población a la
cual se aplica. Sin embargo, carecen de utilidad en la práctica clínica, ya que sólo
proporcionan información acerca de la probabilidad de obtener un resultado concreto
(positivo o negativo) en función de si un paciente está realmente enfermo o no. Por el
contrario, el concepto de valores predictivos, a pesar de ser de enorme utilidad a la hora
de tomar decisiones clínicas y transmitir información sobre el diagnóstico, presenta la
limitación de que dependen en gran medida de lo frecuente que sea la enfermedad a
diagnosticar en la población objeto de estudio. El Teorema de Bayes permite obtener el
valor predictivo asociado a un test al aplicarlo en poblaciones con índices de
prevalencia muy diferentes.

Consideremos como ejemplo un caso clínico en el que una gestante se somete a la
prueba de sobrecarga oral con 50 gramos de glucosa para explorar la presencia de
diabetes gestacional, obteniéndose un resultado positivo. Es sabido que dicho test
presenta unos valores aproximados de sensibilidad y especificidad en torno al 80% y al
87%, respectivamente. Si se conoce además que la prevalencia de diabetes gestacional
en la población de procedencia es aproximadamente de un 3%, por medio del teorema
de Bayes podemos conocer la probabilidad de que el diagnóstico sea correcto o,
equivalentemente, el valor predictivo positivo:




Se puede concluir por lo tanto que, a pesar de obtener un resultado positivo en la
prueba, existe sólo una probabilidad de un 15,9% de que la paciente padezca diabetes
gestacional.

Supongamos que además dicha paciente tiene más de 40 años de edad. Se sabe que en
grupos de edad más avanzada la prevalencia de diabetes gestacional entre las gestantes
llega a aumentar hasta aproximadamente un 8%. En este caso, el valor predicativo
positivo asociado vendrá dado por:




En este caso las posibilidades de un diagnóstico de diabetes gestacional aumentan hasta
un 34,86%.

En un caso como este, en que se realiza una prueba para obtener información sobre un
diagnóstico, suele hablarse de probabilidad a priori, que es la disponible antes de
realizar la prueba (la prevalencia, en este caso) y probabilidad a posteriori, que es la
obtenida después de realizarla (los valores predictivos). A su vez, se suele denominar
verosimilitudes a las probabilidades de un suceso bajo distintas hipótesis. El teorema de
Bayes permite así obtener los valores de las probabilidades a posteriori a partir de las
probabilidades a priori mediante una multiplicación proporcional a las verosimilitudes.

Tal y como se indicó al inicio del presente artículo, la teoría de la probabilidad
constituye la base matemática para la aplicación de la estadística inferencial en
medicina. El cálculo de probabilidades constituye una herramienta que permitirá hacer
inferencia sobre distintos parámetros poblacionales a partir de los resultados obtenidos
en una muestra, y después tomar decisiones con el mínimo riesgo de equivocación en
situaciones de incertidumbre.

                          Probabilidad: Relación entre sucesos



Entre los sucesos compuestos se pueden establecer distintas relaciones:

a) Un suceso puede estar contenido en otro: las posibles soluciones del primer suceso
también lo son del segundo, pero este segundo suceso tiene además otras soluciones
suyas propias.

Ejemplo: lanzamos un dado y analizamos dos sucesos: a) que salga el número 6, y b)
que salga un número par. Vemos que el suceso a) está contenido en el suceso b).

Siempre que se da el suceso a) se da el suceso b), pero no al contrario. Por ejemplo, si el
resultado fuera el 2, se cumpliría el suceso b), pero no elel a).

b) Dos sucesos pueden ser iguales: esto ocurre cuando siempre que se cumple uno de
ellos se cumple obligatoriamente el otro y viceversa.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par,
y b) que salga múltiplo de 2. Vemos que las soluciones coinciden en ambos casos.

c) Unión de dos o más sucesos: la unión será otro suceso formado por todos los
elementos de los sucesos que se unen.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par
y b) que el resultado sea mayor que 3. El suceso unión estaría formado por los
siguientes resultados: el 2, el 4, el 5 y el 6

d) Intersección de sucesos: es aquel suceso compuesto por los elementos comunes de
dos o más sucesos que se intersectan.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire, y analizamos dos sucesos: a) que salga número par,
y b) que sea mayor que 4. La intersección de estos dos sucesos tiene un sólo elemento,
el número 6 (es el único resultado común a ambos sucesos: es mayor que 4 y es número
par).

e) Sucesos incompatibles: son aquellos que no se pueden dar al mismo tiempo ya que
no tienen elementos comunes (su interesección es el conjunto vacio).

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número
menor que 3, y b) que salga el número 6. Es evidente que ambos no se pueden dar al
mismo tiempo.
f) Sucesos complementarios: son aquellos que si no se da uno, obligatoriamente se
tiene que dar el otro.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número
par, y b) que salga un número impar. Vemos que si no se da el primero se tiene que dar
el segundo (y viceversa).

                                     LECCION 16ª
                                Cálculo de probabilidades



Probabilidad

Como hemos comentado anteriormente, la probabilidad mide la mayor o menor
posibilidad de que se dé un determinado resultado (suceso) cuando se realiza un
experimento aleatorio.

La probabilidad toma valores entre 0 y 1 (o expresados en tanto por ciento, entre 0% y
100%):

El valor cero corresponde al suceso imposible: lanzamos un dado al aire y la
probabilidad de que salga el número 7 es cero (al menos, si es un dado certificado por la
OMD, "Organización Mundial de Dados").

El valor uno corresponde al suceso seguro: lanzamos un dado al aire y la
probabilidad de que salga cualquier número del 1 al 6 es igual a uno (100%).

El resto de sucesos tendrá probabilidades entre cero y uno: que será tanto mayor
cuanto más probable sea que dicho suceso tenga lugar.

¿Cómo se mide la probabilidad?

Uno de los métodos más utilizados es aplicando la Regla de Laplace: define la
probabilidad de un suceso como el cociente entre casos favorables y casos posibles.

                        P(A) = Casos favorables / casos posibles

Veamos algunos ejemplos:

a) Probabilidad de que al lanzar un dado salga el número 2: el caso favorable es tan
sólo uno (que salga el dos), mientras que los casos posibles son seis (puede salir
cualquier número del uno al seis). Por lo tanto:

                   P(A) = 1 / 6 = 0,166 (o lo que es lo mismo, 16,6%)

b) Probabilidad de que al lanzar un dado salga un número par: en este caso los
casos favorables son tres (que salga el dos, el cuatro o el seis), mientras que los casos
posibles siguen siendo seis. Por lo tanto:
P(A) = 3 / 6 = 0,50 (o lo que es lo mismo, 50%)

c) Probabilidad de que al lanzar un dado salga un número menor que 5: en este
caso tenemos cuatro casos favorables (que salga el uno, el dos, el tres o el cuatro), frente
a los seis casos posibles. Por lo tanto:

                   P(A) = 4 / 6 = 0,666 (o lo que es lo mismo, 66,6%)

d) Probabilidad de que nos toque el "Gordo" de Navidad: tan sólo un caso
favorable, el número que jugamos (¡qué triste...¡), frente a 100.000 casos posibles. Por
lo tanto:

              P(A) = 1 / 100.000 = 0,00001 (o lo que es lo mismo, 0,001%)

Merece la pena ...... Por cierto, tiene la misma probabilidad el número 45.264, que el
número 00001, pero ¿cuál de los dos comprarías?

Para poder aplicar la Regla de Laplace el experimento aleatorio tiene que cumplir dos
requisitos:

a) El número de resultados posibles (sucesos) tiene que ser finito. Si hubiera
infinitos resultados, al aplicar la regla "casos favorables / casos posibles" el cociente
siempre sería cero.

b) Todos los sucesos tienen que tener la misma probabilidad. Si al lanzar un dado,
algunas caras tuvieran mayor probabilidad de salir que otras, no podríamos aplicar esta
regla.

A la regla de Laplace también se le denomina "probabilidad a priori", ya que para
aplicarla hay que conocer antes de realizar el experimento cuales son los posibles
resultados y saber que todos tienen las mismas probabilidades.

¿Y si el experimento aleatorio no cumple los dos requisitos indicados, qué
hacemos?, ¿ponemos una denuncia?

No, no va a ser necesario denunciar a nadie, ya que en este caso podemos acudir a otro
modelo de cálculo de probabilidades que se basa en la experiencia (modelo
frecuentista):

Cuando se realiza un experimento aleatorio un número muy elevado de veces, las
probabilidades de los diversos posibles sucesos empiezan a converger hacia valores
determinados, que son sus respectivas probabilidades.

Ejemplo: si lanzo una vez una moneda al aire y sale "cara", quiere decir que el suceso
"cara" ha aparecido el 100% de las veces y el suceso "cruz" el 0%.

Si lanzo diez veces la moneda al aire, es posible que el suceso "cara" salga 7 veces y el
suceso "cruz" las 3 restantes. En este caso, la probabilidad del suceso "cara" ya no sería
del 100%, sino que se habría reducido al 70%.
Si repito este experimento un número elevado de veces, lo normal es que las
probabilidades de los sucesos "cara" y "cruz" se vayan aproximando al 50% cada una.
Este 50% será la probabilidad de estos sucesos según el modelo frecuentista.

En este modelo ya no será necesario que el número de soluciones sea finito, ni que
todos los sucesos tengan la misma probabilidad.

Ejemplo: si la moneda que utilizamos en el ejemplo anterior fuera defectuosa (o
estuviera trucada), es posible que al repetir dicho experimento un número elevado de
veces, la "cara" saliera con una frecuencia, por ejemplo, del 65% y la "cruz" del 35%.
Estos valores serían las probabilidades de estos dos sucesos según el modelo
frecuentista.

A esta definición de la probabilidad se le denomina probabilidad a posteriori, ya que
tan sólo repitiendo un experimento un número elevado de veces podremos saber cual es
la probabilidad de cada suceso.



Probabilidad de sucesos

Al definir los sucesos hablamos de las diferentes relaciones que pueden guardar dos
sucesos entre sí, así como de las posibles relaciones que se pueden establecer entre los
mismos. Vamos a ver ahora cómo se refleja esto en el cálculo de probabilidades.

a) Un suceso puede estar contenido en otro: entonces, la probabilidad del primer
suceso será menor que la del suceso que lo contiene.

Ejemplo: lanzamos un dado y analizamos dos sucesos: a) que salga el número 6, y b)
que salga un número par. Dijimos que el suceso a) está contenido en el suceso b).

                                   P(A) = 1/6 = 0,166

                                   P(B) = 3 / 6 = 0,50

Por lo tanto, podemos ver que la probabilidad del suceso contenido, suceso a), es menor
que la probabilidad del suceso que lo contiene, suceso b).

b) Dos sucesos pueden ser iguales: en este caso, las probabilidades de ambos sucesos
son las mismas.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par,
y b) que salga múltiplo de 2. Las soluciones coinciden en ambos casos.

                                   P(A) = 3 / 6 = 0,50

                                   P(B) = 3 / 6 = 0,50
c) Intersección de sucesos: es aquel suceso compuesto por los elementos comunes de
los dos o más sucesos que se intersectan. La probabilidad será igual a la probabilidad de
los elemntos comunes.

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par,
y b) que sea mayor que 3. La intersección de estos dos sucesos tiene dos elementos: el 4
y el 6.

Su probabilidad será por tanto:

                                  P(A B) = 2 / 6 = 0,33

d) Unión de dos o más sucesos: la probabilidad de la unión de dos sucesos es igual a la
suma de las probabilidades individuales de los dos sucesos que se unen, menos la
probabilidad del suceso intersección

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par,
y b) que el resultado sea mayor que 3. El suceso unión estaría formado por los
siguientes resultados: el 2, el 4, el 5 y el 6.

                                    P(A) = 3 / 6 = 0,50

                                    P(B) = 3 / 6 = 0,50

                                  P (A B) = 2 / 6 = 0,33

Por lo tanto,

                        P (A u B) = (0,50 + 0,50) - 0,33 = 0,666

e) Sucesos incompatibles: la probabilidad de la unión de dos sucesos incompatibles
será igual a la suma de las probabilidades de cada uno de los sucesos (ya que su
intersección es el conjunto vacio y por lo tanto no hay que restarle nada).

Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número
menor que 3, y b) que salga el número 6.

La probabilidad del suceso unión de estos dos sucesos será igual a:

                                   P(A) = 2 / 6 = 0,333

                                   P(B) = 1 / 6 = 0,166

Por lo tanto,

                            P(A u B) = 0,33 + 0,166 = 0,50

f) Sucesos complementarios: la probabilidad de un suceso complementario a un suceso
(A) es igual a 1 - P(A)
Ejemplo: lanzamos un dado al aire. el suceso (A) es que salga un número par, luego su
complementario, suceso (B), es que salga un número impar.
La probabilidad del suceso (A) es igual a :

                                   P(A) = 3 / 6 = 0,50

Luego, la probabilidad del suceso (B) es igual a:

                            P(B) = 1 - P(A) = 1 - 0,50 = 0,50

Se puede comprobar aplicando la regla de "casos favorables / casos posibles":

                                   P(B) = 3 / 6 = 0,50

g) Unión de sucesos complementarios: la probabilidad de la unión de dos sucesos
complementarios es igual a 1.

Ejemplo: seguimos con el ejemplo anterior: a) que salga un número par, y b) que salga
un número impar. La probabilidad del suceso unión de estos dos sucesos será igual a:

                                   P(A) = 3 / 6 = 0,50

                                   P(B) = 3 / 6 = 0,50

Por lo tanto,

                               P(A U B) = 0,50 + 0,50 = 1

Para aplicar la Regla de Laplace, el cálculo de los sucesos favorables y de los sucesos
posibles a veces no plantea ningún problema, ya que son un número reducido y se
pueden calcular con facilidad:

Por ejemplo: Probabilidad de que al lanzar un dado salga el número 2. Tan sólo hay un
caso favorable, mientras que los casos posibles son seis.

Probabilidad de acertar al primer intento el horóscopo de una persona. Hay un caso
favorable y 12 casos posibles.

Sin embargo, a veces calcular el número de casos favorables y casos posibles es
complejo y hay que aplicar reglas matemáticas:

Por ejemplo: 5 matrimonios se sientan aleatoriamente a cenar y queremos calcular la
probabilidad de que al menos los miembros de un matrimonio se sienten junto. En este
caso, determinar el número de casos favorables y de casos posibles es complejo.

Las reglas matemáticas que nos pueden ayudar son el cálculo de combinaciones, el
cálculo de variaciones y el cálculo de permutaciones.

a) Combinaciones:
Determina el número de subgrupos de 1, 2, 3, etc. elementos que se pueden formar con
los "n" elementos de una nuestra. Cada subgrupo se diferencia del resto en los
elementos que lo componen, sin que influya el orden.

Por ejemplo, calcular las posibles combinaciones de 2 elementos que se pueden formar
con los números 1, 2 y 3.

Se pueden establecer 3 parejas diferentes: (1,2), (1,3) y (2,3). En el cálculo de
combinaciones las parejas (1,2) y (2,1) se consideran idénticas, por lo que sólo se
cuentan una vez.

b) Variaciones:

Calcula el número de subgrupos de 1, 2, 3, etc.elementos que se pueden establecer con
los "n" elementos de una muestra. Cada subgrupo se diferencia del resto en los
elementos que lo componen o en el orden de dichos elementos (es lo que le diferencia
de las combinaciones).

Por ejemplo, calcular las posibles variaciones de 2 elementos que se pueden establecer
con los número 1, 2 y 3.

Ahora tendríamos 6 posibles parejas: (1,2), (1,3), (2,1), (2,3), (3,1) y (3,3). En este caso
los subgrupos (1,2) y (2,1) se consideran distintos.

c) Permutaciones:

Cálcula las posibles agrupaciones que se pueden establecer con todos los elementos de
un grupo, por lo tanto, lo que diferencia a cada subgrupo del resto es el orden de los
elementos.

Por ejemplo, calcular las posibles formas en que se pueden ordenar los número 1, 2 y 3.

Hay 6 posibles agrupaciones: (1, 2, 3), (1, 3, 2), (2, 1, 3), (2, 3, 1), (3, 1, 2) y (3, 2, 1)

¿Cómo se calculan?

a) Combinaciones:

Para calcular el número de combinaciones se aplica la siguiente fórmula:




El termino" n ! " se denomina "factorial de n" y es la multiplicación de todos los
números que van desde "n" hasta 1.

Por ejemplo: 4 ! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24
La expresión "Cm,n" representa las combinaciones de "m" elementos, formando
subgrupos de "n" elementos.

Ejemplo: C10,4son las combinaciones de 10 elementos agrupándolos en subgrupos de 4
elementos:




Es decir, podríamos formar 210 subgrupos diferentes de 4 elementos, a partir de los 10
elementos.

b) Variaciones:

Para calcular el número de variaciones se aplica la siguiente fórmula:




La expresión "Vm,n" representa las variaciones de "m" elementos, formando subgrupos
de "n" elementos. En este caso, como vimos en la lección anterior, un subgrupo se
diferenciará del resto, bien por los elementos que lo forman, o bien por el orden de
dichos elementos.

Ejemplo: V10,4son las variaciones de 10 elementos agrupándolos en subgrupos de 4
elementos:




Es decir, podríamos formar 5.040 subgrupos diferentes de 4 elementos, a partir de los
10 elementos.

c) Permutaciones:

Para calcular el número de permutaciones se aplica la siguiente fórmula:




La expresión "Pm" representa las permutaciones de "m" elementos, tomando todos los
elementos. Los subgrupos se diferenciaran únicamente por el orden de los elementos.

Ejemplo: P10 son las permutaciones de 10 elementos:
Es decir, tendríamos 3.628.800 formas diferentes de agrupar 10 elementos.



                                   LECCION 20ª
                   Combinaciones, Variaciones y Permutaciones (III)



Vamos a analizar ahora que ocurriría con el cálculo de las combinaciones, de las
variaciones o de las permutaciones en el supuesto de que al formar los subgrupos los
elementos pudieran repetirse.

Por ejemplo: tenemos bolas de 6 colores diferentes y queremos formar subgrupos en
los que pudiera darse el caso de que 2, 3, 4 o todas las bolas del subgrupo tuvieran el
mismo color. En este caso no podríamos utilizar las fórmulas que vimos en la lección
anterior.

a) Combinaciones con repetición:

Para calcular el número de combinaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula:




Ejemplo: C'10,4 son las combinaciones de 10 elementos con repetición, agrupándolos en
subgrupos de 4, en los que 2, 3 o los 4 elementos podrían estar repetidos:




Es decir, podríamos formar 715 subgrupos diferentes de 4 elementos.

b) Variaciones con repetición:

Para calcular el número de variaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula:




Ejemplo: V'10,4 son las variaciones de 10 elementos con repetición, agrupándolos en
subgrupos de 4 elementos:
Es decir, podríamos formar 10.000 subgrupos diferentes de 4 elementos.

c) Permutaciones con repetición:

Para calcular el número de permutaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula:




Son permutaciones de "m" elementos, en los que uno de ellos se repite " x1 " veces, otro
" x2 " veces y así ... hasta uno que se repite " xk " veces.

Ejemplo: Calcular las permutaciones de 10 elementos, en los que uno de ellos se repite en 2 ocasiones
y otro se repite en 3 ocasiones:




Es decir, tendríamos 302,400 formas diferentes de agrupar estos 10 elementos.



                                          LECCION 21ª
                                            Ejercicios



1.- Ejercicio

Calcular la probabilidad de acertar los 14 signos de la quiniela:

Solución:

Se aplica la Regla de Laplace (casos favorables / casos posibles). El caso favorable es
tan sólo uno (acertar los 14 signos). Los casos posibles se calculan como variaciones
con repetición de 3 elementos (1, X y 2), tomados de 14 en 14 (los signos que hay que
rellenar).

Son variaciones y no combinaciones ya que el orden influye: no es lo mismo (1,1,X)
que (1, X, 1). Y son con repetición, ya que cualquiera de los signos (1, X y 2) se puede
repetir hasta 14 veces.

Por lo tanto, los casos posibles son:




Y la probabilidad de acertar los 14 resultados es:
No demasiado elevada....pero el que la sigue la consigue.

2.- Ejercicio

Y la probabilidad de acertar 12 signos de la quiniela:

Solución:

Aplicamos nuevamente la Regla de Laplace. En este caso los casos favorables se
calculan como combinaciones de 14 elementos tomados de 2 en 2, de esta manera
obtenemos todas las posibles alternativas de fallar 2 resultados de 14 (lo que equivale a
acertar 12 resultados). Utilizamos combinaciones y no variaciones ya que el orden no
importa (da lo mismo fallar el 3º y el 6º, que el 6º y el 3º)




Los casos posibles siguen siendo los mismos:




Por lo que la probabilidad de acertar 12 resultados es:




Por lo tanto, tenemos más probabilidades de acertar 12 resultados que 14 (¿será por eso
por lo que pagan menos?).

3.- Ejercicio

Calcular la probabilidad de, en una carrera de 12 caballos, acertar los 3 que quedan
primeros (sin importar cual de ellos queda primero, cual segundo y cual tercero).

Solución:

Se aplica la Regla de Laplace. El caso favorable es tan sólo uno: los 3 caballos que
entran en primer lugar. Los casos posibles se calculan como combinaciones de 12
elementos tomados de 3 en 3 (es decir, determinamos todos las posibles alternativas de
3 caballos que pueden entrar en las 3 primeras posiciones). Como el orden de estos 3
primeros caballos no importa, utilizamos combinaciones en lugar de variaciones.

Por lo tanto, los casos posibles son:
Por lo que la probabilidad de acertar los 3 caballos ganadores es:




Algo mayor que en las quinielas.... Eso sí, se paga menos.

4.- Ejercicio

Y si hubiera que acertar, no sólo los 3 caballos que ganan, sino el orden de su entrada en
meta.

Solución:

El caso favorable sigue siendo uno: los 3 caballos que entran en primer lugar,
colocados en su orden correspondiente.

Los casos posibles se calculan ahora como variaciones (ya que el orden influye) de 12
elementos tomados de 3 en 3 (calculamos todas las posibles maneras en que los 12
caballos podrían ocupar las 3 primeras posiciones.




Por lo que la probabilidad de acertar los 3 caballos ganadores es:




Menor que en el ejemplo 3º. Ya no vale acertar que 3 caballos entran en primer lugar,
sino que tenemos que acertar el orden de su entrada.

                                    LECCION 22ª
                               Probabilidad condicionada



Las probabilidades condicionadas se calculan una vez que se ha incorporado
información adicional a la situación de partida:

Ejemplo: se tira un dado y sabemos que la probabilidad de que salga un 2 es 1/6
(probabilidad a priori). Si incorporamos nueva información (por ejemplo, alguien nos
dice que el resultado ha sido un número par) entonces la probabilidad de que el
resultado sea el 2 ya no es 1/6.

Las probabilidades condicionadas se calculan aplicando la siguiente fórmula:
Donde:

P (B/A) es la probabilidad de que se de el suceso B condicionada a que se haya dado el
suceso A.

P (B A) es la probabilidad del suceso simultáneo de A y de B

P (A) es la probabilidad a priori del suceso A

En el ejemplo que hemos visto:

P (B/A) es la probabilidad de que salga el número 2 (suceso B) condicionada a que haya
salido un número par (suceso A).

P (B A) es la probabilidad de que salga el dos y número par.

P (A) es la probabilidad a priori de que salga un número par.

Por lo tanto:

                                     P (B A) = 1/6

                                       P (A) = 1/2

                              P (B/A) = (1/6) / (1/2) = 1/3

Luego, la probabilidad de que salga el número 2, si ya sabemos que ha salido un
número par, es de 1/3 (mayor que su probabilidad a priori de 1/6).

2º ejemplo:

En un estudio sanitario se ha llegado a la conclusión de que la probabilidad de que una
persona sufra problemas coronarios (suceso B) es el 0,10 (probabilidad a priori).

Además, la probabilidad de que una persona sufra problemas de obesidad (suceso A) es
el 0,25 y la probabilidad de que una persona sufra a la vez problemas de obesidad y
coronarios (suceso intersección de A y B) es del 0,05.

Calcular la probabilidad de que una persona sufra problemas coronarios si está obesa
(probabilidad condicionada P(B/A)).

                                    P (B A) = 0,05

                                      P (A) = 0,25

                              P (B/A) = 0,05 / 0,25 = 0,20

Por lo tanto, la probabilidad condicionada es superior a la probabilidad a priori. No
siempre esto es así, a veces la probabilidad condicionada es igual a la probabilidad a
priori o menor.
Por ejemplo: probabilidad de que al tirar un dado salga el número 2, condicionada a
que haya salido un número impar.

La probabilidad condicionada es en este caso cero, frente a una probabilidad a priori de
1/6.



                     Clase anterior

La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de
la probabilidad condicionada:

La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y
B) es igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del
suceso B condicionada al cumplimiento del suceso A.

La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es:




Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años
casados) y el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la
siguiente información:

Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados.

De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B
condicionado al suceso A).

Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga
más de 2 hijos (suceso intersección de A y B).

Por lo tanto:

                                       P (A) = 0,35

                                      P (B/A) = 0,30

                            P (A B) = 0,35 * 0,30 = 0,105

Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2
hijos.

2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B
(alumnos que hablan alemán) y obtenemos la siguiente información:

Un 50% de los alumnos hablan inglés.
De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B
condicionado al suceso A).

Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso
intersección de A y B).

Por lo tanto:

                                      P (A) = 0,50

                                     P (B/A) = 0,20

                             P (A B) = 0,50 * 0,20 = 0,10

Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán.

El Teorema de la probabilidad total nos permite calcular la probabilidad de un suceso
a partir de probabilidades condicionadas:

Ejemplo: supongamos que si llueve la probabilidad de que ocurra un accidentes es x%
y si hace buen tiempo dicha probabilidad es y%. Este teorema nos permite deducir cuál
es la probabilidad de que ocurra un accidente si conocemos la probabilidad de que
llueva y la probabilidad de que haga buen tiempo.

La fórmula para calcular esta probabilidad es:




Es decir, la probabilidad de que ocurra el suceso B (en nuestro ejemplo, que ocurra
un accidente) es igual a la suma de multiplicar cada una de las probabilidades
condicionadas de este suceso con los diferentes sucesos A (probabilidad de un
accidente cuando llueve y cuando hace buen tiempo) por la probabilidad de cada
suceso A.

Para que este teorema se pueda aplicar hace falta cumplir un requisito:

Los sucesos A tienen que formar un sistema completo, es decir, que contemplen
todas las posibilidades (la suma de sus probabilidades debe ser el 100%).

Ejemplo: al tirar una moneda, el suceso "salir cara" y el suceso "salir cruz" forman un
sistema completo, no hay más alternativas: la suma de sus probabilidades es el 100%

Ejemplo: al tirar un dado, que salga el 1, el 2, el 3, o el 4 no forman un sistema
completo, ya que no contempla todas las opciones (podría salir el 5 o el 6). En este caso
no se podría aplicar el teorema de la probabilidad total.
Ejercicio 1º: En un saquito hay papeletas de tres colores, con las siguientes
probabilidades de ser elegidas:

a) Amarilla: probabilidad del 50%.

b) Verde: probabilidad del 30%

c) Roja: probabilidad del 20%.

Según el color de la papeleta elegida, podrás participar en diferentes sorteos. Así, si la
papeleta elegida es:

a) Amarilla: participas en un sorteo con una probabilidad de ganar del 40%.

b) Verde: participas en otro sorteo con una probabilidad de ganar del 60%

c) Roja: participas en un tercer sorteo con una probabilidad de ganar del 80%.

Con esta información, ¿qué probabilidad tienes de ganar el sorteo en el que
participes?:

1.- Las tres papeletas forman un sistema completo: sus probabilidades suman 100%

2.- Aplicamos la fórmula:




Luego,

               P (B) = (0,50 * 0,40) + (0,30 * 0,60) + (0,20 * 0,80) = 0,54

Por tanto, la probabilidad de que ganes el sorteo es del 54%.



Ejercicio 2º: Van a cambiar a tu jefe y se barajan diversos candidatos:

a) Carlos, con una probabilidad del 60%

b) Juan, con una probabilidad del 30%

c) Luis, con una probabilidad del 10%

En función de quien sea tu próximo jefe, la probabilidad de que te suban el sueldo es la
siguiente:

a) Si sale Carlos: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 5%.

b) Si sale Juan: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 20%.
c) Si sale Luis: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 60%.

En definitiva, ¿cual es la probabilidad de que te suban el sueldo?:

1.- Los tres candidatos forman un sistema completo

2.- Aplicamos la fórmula:

              P (B) = (0,60 * 0,05) + (0,30 * 0,20) + (0,10 * 0,60) = 0,15

Por tanto, la probabilidad de que te suban el sueldo es del 15%. Lo llevas claro amigo...



El Teorema de Bayesviene a seguir el proceso inverso al que hemos visto en el
Teorema de la probabilidad total:

Teorema de la probabilidad total: a partir de las probabilidades del suceso A
(probabilidad de que llueva o de que haga buen tiempo) deducimos la probabilidad del
suceso B (que ocurra un accidente).

Teorema de Bayes: a partir de que ha ocurrido el suceso B (ha ocurrido un accidente)
deducimos las probabilidades del suceso A (¿estaba lloviendo o hacía buen tiempo?).

La fórmula del Teorema de Bayes es:




Tratar de explicar estar fórmula con palabras es un galimatías, así que vamos a intentar
explicarla con un ejemplo. De todos modos, antes de entrar en el ejercicio, recordar que
este teorema también exige que el suceso A forme un sistema completo.



Ejercicio 1º: El parte meteorológico ha anunciado tres posibilidades para el fin de
semana:

a) Que llueva: probabilidad del 50%.

b) Que nieve: probabilidad del 30%

c) Que haya niebla: probabilidad del 20%.

Según estos posibles estados meteorológicos, la posibilidad de que ocurra un accidente
es la siguiente:

a) Si llueve: probabilidad de accidente del 10%.
b) Si nieva: probabilidad de accidente del 20%

c) Si hay niebla: probabilidad de accidente del 5%.

Resulta que efectivamente ocurre un accidente y como no estabamos en la ciudad no
sabemos que tiempo hizo (nevó, llovío o hubo niebla). El teorema de Bayes nos permite
calcular estas probabilidades:

Las probabilidades que manejamos antes de conocer que ha ocurrido un accidente se
denominan "probabilidades a priori" (lluvia con el 60%, nieve con el 30% y niebla
con el 10%).

Una vez que incorporamos la información de que ha ocurrido un accidente, las
probabilidades del suceso A cambian: son probabilidades condicionadas P (A/B), que se
denominan "probabilidades a posteriori".

Vamos a aplicar la fórmula:




a) Probabilidad de que estuviera lloviendo:




La probabilidad de que efectivamente estuviera lloviendo el día del accidente
(probabilidad a posteriori) es del 71,4%.

b) Probabilidad de que estuviera nevando:




La probabilidad de que estuviera nevando es del 21,4%.

c) Probabilidad de que hubiera niebla:




La probabilidad de que hubiera niebla es del 7,1%.

Dos sucesos son independientes entre sí, si la ocurrencia de uno de ellos no afecta para
nada a la ocurrencia del otro:
Ejemplo: el suceso estatura de los alumnos de una clase y el color del pelo son
independientes: el que un alumno sea más o menos alto no va a influir en el color de su
cabello, ni viceversa.

Para que dos sucesos sean independientes tienen que verificar al menos una de las
siguientes condiciones:

P (B/A) = P (B) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso B, condicionada a
que previamente se haya dado el suceso A, es exactamente igual a la probabilidad de B.

Ejemplo: la probabilidad de que al tirar una moneda salga cara (suceso B),
condicionada a que haga buen tiempo (suceso A), es igual a la propia probabilidad del
suceso B.

P (A/B) = P (A) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso A, condicionada a
que previamente se haya dado el suceso B, es exactamente igual a la probabilidad de A.

Ejemplo: la probabilidad de que haga buen tiempo (suceso A), condicionada a que al
tirar una moneda salga cara (suceso B), es igual a la propia probabilidad del suceso A.

P (A B) = P (A) * P (B) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso conjunto
A y B es exactamente igual a la probabilidad del suceso A multiplicada por la
probabilidsad del suceso B.

Ejemplo: la probabilidad de que haga buen tiempo (suceso A) y salga cara al tirar una
moneda (suceso B), es igual a la probabilidad del suceso A multiplicada por la
probabilidad del suceso B

Si el suceso A es independiente del suceso B, entonces el suceso B también es
independiente del suceso A.

Ejemplo 1º: analicemos dos sucesos:

Suceso A: la probabilidad de que haga buen tiempo es del 0,4

Suceso B: la probabilidad de tener un accidente es del 0,1

Suceso intersección: la probabilidad de que haga buen tiempo y tener un accidente es
del 0,08

Veamos si se cumple alguna de las condiciones señaladas:

P (B/A) = P (A B) / P (A) = 0,08 / 0,4 = 0,2 (que no es igual a P (B))

P (A/B) = P (A B) / P (B) = 0,08 / 0,6 = 0,133 (que no es igual a P (A))

P (A B) = 0,08 (que no es igual a P (A) multiplicado por P (B))
Por lo tanto, no se cumple ninguna de las tres condiciones señaladas por lo que estos
dos sucesos no son independientes, sino que existe algún grado de dependencia entre
ellos.

Ejemplo 2º: analicemos dos sucesos:

Suceso A: la probabilidad de que haga buen tiempo es del 0,4

Suceso B: la probabilidad de salir cara al lanzar una moneda es del 0,5

Suceso intersección: la probabilidad de que haga buen tiempo y que salga cara es 0,2

Veamos si se cumple alguna de las condiciones señaladas:

P (B/A) = P (A B) / P (A) = 0,2 / 0,4 = 0,5 (igual que P (B))

P (A/B) = P (A B) / P (B) = 0,2 / 0,6 = 0,4 (igual que P (A))

P (A B) = 0,2 (igual a P (A) multiplicado por P (B))

Por lo tanto, estos dos sucesos sí son independientes.

Llamamos probabilidad condicionada del suceso          respecto del suceso   , y lo
denotamos por            al cociente




[editar] Ejemplo


Se lanzan dos dados. Si la suma ha sido 7, ¿cuál es la probabilidad de que alguno de los
dados haya salido un tres?

Sean los sucesos



   = "la suma de los puntos es siete" y



  = "en alguno de los dados ha salido un tres"
El suceso         es salir en algún dado 3, si la suma ha sido 7. Observamos que esta
situación ocurre en las parejas         y          . Por tanto,




Probabilidad de la intersección de sucesos independientes

p(A    B) = p(A) · p(B)

Ejemplo

Se tiene una baraja de 40 cartas, se saca una y se vuelve a meter. ¿Cuál es la
probabilidad de extraer dos ases?




Probabilidad de la intersección de sucesos dependientes

p(A    B) = p(A) · p(B/A)

Ejemplo

Se tiene una baraja de 40 cartas, se extraen dos cartas. ¿Cuál es la probabilidad de
extraer dos ases?




Probabilidad de la diferencia de sucesos




PROBABILIDAD COMPUESTA



La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de la
probabilidad condicionada:
La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y B) es
igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B
condicionada al cumplimiento del suceso A.

La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es:




Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años casados) y
el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la siguiente
información:

Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados.

De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B
condicionado al suceso A).

Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga
más de 2 hijos (suceso intersección de A y B).

Por lo tanto:

P (A) = 0,35

P (B/A) = 0,30

P (A   B) = 0,35 * 0,30 = 0,105

Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2 hijos.




2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B (alumnos que
hablan alemán) y obtenemos la siguiente información:

Un 50% de los alumnos hablan inglés.

De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B condicionado al
suceso A).

Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso
intersección de A y B).

Por lo tanto:

P (A) = 0,50

P (B/A) = 0,20

P (A   B) = 0,50 * 0,20 = 0,10

Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán.
PROBABILIDAD COMPUESTA



La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de la
probabilidad condicionada:

La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y B) es
igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B
condicionada al cumplimiento del suceso A.

La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es:




Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años casados) y
el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la siguiente
información:

Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados.

De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B
condicionado al suceso A).

Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga
más de 2 hijos (suceso intersección de A y B).

Por lo tanto:

P (A) = 0,35

P (B/A) = 0,30

P (A   B) = 0,35 * 0,30 = 0,105

Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2 hijos.




2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B (alumnos que
hablan alemán) y obtenemos la siguiente información:

Un 50% de los alumnos hablan inglés.

De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B condicionado al
suceso A).

Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso
intersección de A y B).

Por lo tanto:

P (A) = 0,50
P (B/A) = 0,20

P (A   B) = 0,50 * 0,20 = 0,10

Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán.

Ejemplo de probabilidad compuesta. Diagrama en árbol.
Problemas de probabilidad
1Hallar la probabilidad de que al lanzar al aire dos monedas, salgan:
1Dos caras.

2Dos cruces.

3Dos caras y una cruz.

2Hallar la probabilidad de que al levantar unas fichas de dominó se obtenga un número
de puntos mayor que 9 o que sea múltiplo de 4.

3Un dado está trucado, de forma que las probabilidades de obtener las distintas caras
son proporcionales a los números de estas. Hallar:

1La probabilidad de obtener el 6 en un lanzamiento.

2La probabilidad de conseguir un número impar en un lanzamiento.

4Se lanzan dos dados al aire y se anota la suma de los puntos obtenidos. Se pide:
1La probabilidad de que salga el 7.

2La probabilidad de que el número obtenido sea par.

3La probabilidad de que el número obtenido sea múltiplo de tres.

5Se lanzan tres dados. Encontrar la probabilidad de que:
1Salga 6 en todos.

2Los puntos obtenidos sumen 7.

6Busca la probabilidad de que al echar un dado al aire, salga:
1Un número par.

2Un múltiplo de tres.

3Mayor que cuatro.

7Se sacan dos bolas de una urna que se compone de una bola blanca, otra roja, otra
verde y otra negra. Describir el espacio muestral cuando:

1La primera bola se devuelve a la urna antes de sacar la segunda.

1La primera bola no se devuelve

8Una urna tiene ocho bolas rojas, 5 amarilla y siete verdes. Se extrae una al azar de
que:
1Sea roja.

2Sea verde.

3Sea amarilla.

4No sea roja.

5No sea amarilla.

9Una urna contiene tres bolas rojas y siete blancas. Se extraen dos bolas al azar.
Escribir el espacio muestral y hallar la probabilidad de:

1Extraer las dos bolas con reemplazamiento.

2Sin reemplazamiento.

10Se extrae una bola de una urna que contiene 4 bolas rojas, 5 blancas y 6 negras, ¿cuál
es la probabilidad de que la bola sea roja o blanca? ¿Cuál es la probabilidad de que no
sea blanca?

11En una clase hay 10 alumnas rubias, 20 morenas, cinco alumnos rubios y 10
morenos. Un día asisten 44 alumnos, encontrar la probabilidad de que el alumno que
falta:

1Sea hombre.

2Sea mujer morena.

3Sea hombre o mujer.

12En un sobre hay 20 papeletas, ocho llevan dibujado un coche las restantes son
blancas. Hallar la probabilidad de extraer al menos una papeleta con el dibujo de un
coche:

1Si se saca una papeleta.

2Si se extraen dos papeletas.

3Si se extraen tres papeletas.

13Los estudiantes A y B tienen respectivamente probabilidades 1/2 y 1/5 de suspender
un examen. La probabilidad de que suspendan el examen simultáneamente es de 1/10.
Determinar la probabilidad de que al menos uno de los dos estudiantes suspenda el
examen.
14Dos hermanos salen de casa. El primero mata un promedio de 2 piezas cada 5
disparos y el segundo una pieza cada 2 disparos. Si los dos disparan al mismo tiempo a
una misma pieza, ¿cuál es la probabilidad de que la maten?

15Una clase consta de 10 hombres y 20 mujeres; la mitad de los hombres y la mitad de
las mujeres tienen los ojos castaños. Determinar la probabilidad de que una persona
elegida al azar sea un hombre o tenga los ojos castaños.

16La probabilidad de que un hombre viva 20 años es ¼ y la de que su mujer viva 20
años es 1/3. Se pide calcular la probabilidad:

1De que ambos vivan 20 años.

2De que el hombre viva 20 años y su mujer no.

3De que ambos mueran antes de los 20 años.

17Calcular la probabilidad de sacar exactamente dos cruces al tirar una moneda cuatro
veces.

18Un grupo de 10 personas se sienta en un banco. ¿Cuál es la probabilidad de que dos
personas fijadas de antemano se sienten juntas

19Se extraen cinco cartas de una baraja de 52. Hallar la probabilidad de extraer:
1 4 ases.

24 ases y un rey.

33 cincos y 2 sotas.

4Un 9, 10, sota, caballo y rey en cualquier orden.

53 de un palo cualquiera y 2 de otro.

6Al menos un as.

1Sean A y B dos sucesos aleatorios con p(A) = 1/2, p(B) = 1/3, p(A     B)= 1/4.
Determinar:


1


2


3
4


5

2Sean A y B dos sucesos aleatorios con p(A) = 1/3, p(B) = 1/4, p(A     B) = 1/5.
Determinar:


1


2


3


4


5


6

3En un centro escolar los alumnos pueden optar por cursar como lengua extranjera
inglés o francés. En un determinado curso, el 90% de los alumnos estudia inglés y el
resto francés. El 30% de los que estudian inglés son chicos y de los que estudian francés
son chicos el 40%. El elegido un alumno al azar, ¿cuál es la probabilidad de que sea
chica?

4De una baraja de 48 cartas se extrae simultáneamente dos de ellas. Calcular la
probabilidad de que:

1 Las dos sean copas.

2Al menos una sea copas.

3Una sea copa y la otra espada.

5Ante un examen, un alumno sólo ha estudiado 15 de los 25 temas correspondientes a
la materia del mismo. Éste se realiza extrayendo al azar dos temas y dejando que el
alumno escoja uno de los dos para ser examinado del mismo. Hallar la probabilidad de
que el alumno pueda elegir en el examen uno de los temas estudiados.

6Una clase está formada por 10 chicos y 10 chicas; la mitad de las chicas y la mitad de
los chicos han elegido francés como asignatura optativa.
1 ¿Cuál es la probabilidad de que una persona elegida al azar sea chico o estudie
francés?

2¿Y la probabilidad de que sea chica y no estudie francés?

7Un taller sabe que por término medio acuden: por la mañana tres automóviles con
problemas eléctricos, ocho con problemas mecánicos y tres con problemas de chapa, y
por la tarde dos con problemas eléctricos, tres con problemas mecánicos y uno con
problemas de chapa.

1 Hacer una tabla ordenando los datos anteriores.

2Calcular el porcentaje de los que acuden por la tarde.

3Calcular el porcentaje de los que acuden por problemas mecánicos.

4Calcular la probabilidad de que un automóvil con problemas eléctricos acuda por la
mañana.

8Una clase consta de seis niñas y 10 niños. Si se escoge un comité de tres al azar, hallar
la probabilidad de:

1 Seleccionar tres niños.

2Seleccionar exactamente dos niños y una niña.

3Seleccionar por lo menos un niño.

4Seleccionar exactamente dos niñas y un niño.

9Una caja contiene tres monedas. Una moneda es corriente, otra tiene dos caras y la
otra está cargada de modo que la probabilidad de obtener cara es de 1/3. Se selecciona
una moneda lanzar y se lanza al aire. Hallar la probabilidad de que salga cara.

10Una urna contiene 5 bolas rojas y 8 verdes. Se extrae una bola y se reemplaza por
dos del otro color. A continuación, se extrae una segunda bola. Se pide:

1 Probabilidad de que la segunda bola sea verde.

2Probabilidad de que las dos bolas extraídas sean del mismo color.

11En una clase en la que todos practican algún deporte, el 60% de los alumnos juega al
fútbol o al baloncesto y el 10% practica ambos deportes. Si además hay un 60% que no
juega al fútbol, cuál será la probabilidad de que escogido al azar un alumno de la clase:

1 Juegue sólo al fútbol.

2Juegue sólo al baloncesto.
3Practique uno solo de los deportes.

4No juegue ni al fútbol ni al baloncesto.

12En una ciudad, el 40% de la población tiene cabellos castaños, el 25% tiene ojos
castaños y el 15% tiene cabellos y ojos castaños. Se escoge una persona al azar:

1 Si tiene los cabellos castaños, ¿cuál es la probabilidad de que tenga también ojos
castaños?

2Si tiene ojos castaños, ¿cuál es la probabilidad de que no tenga cabellos castaños?

3¿Cuál es la probabilidad de que no tenga cabellos ni ojos castaños?

13En un aula hay 100 alumnos, de los cuales: 40 son hombres, 30 usan gafas, y 15 son
varones y usan gafas. Si seleccionamos al azar un alumno de dicho curso:

1 ¿Cuál es la probabilidad de que sea mujer y no use gafas?

2Si sabemos que el alumno seleccionado no usa gafas, ¿qué probabilidad hay de que sea
hombre?

14Disponemos de dos urnas: la urna A contiene 6 bolas rojas y 4 bolas blancas, la urna
B contiene 4 bolas rojas y 8 bolas blancas. Se lanza un dado, si aparece un número
menor que 3; nos vamos a la urna A; si el resultado es 3 ó más, nos vamos a la urna B.
A continuación extraemos una bola. Se pide:

1 Probabilidad de que la bola sea roja y de la urna B.

2Probabilidad de que la bola sea blanca.

15Un estudiante cuenta, para un examen con la ayuda de un despertador, el cual
consigue despertarlo en un 80% de los casos. Si oye el despertador, la probabilidad de
que realiza el examen es 0.9 y, en caso contrario, de 0.5.

1 Si va a realizar el examen, ¿cuál es la probabilidad de que haya oído el despertador?

2Si no realiza el examen, ¿cuál es la probabilidad de que no haya oído el despertador?

16En una estantería hay 60 novelas y 20 libros de poesía. Una persona A elige un libro
al azar de la estantería y se lo lleva. A continuación otra persona B elige otro libro al
azar.

1 ¿Cuál es la probabilidad de que el libro seleccionado por B sea una novela?

2Si se sabe que B eligió una novela, ¿cuál es la probabilidad de que el libro
seleccionado por A sea de poesía?
17Se supone que 25 de cada 100 hombres y 600 de cada 1000 mujeres usan gafas. Si el
número de mujeres es cuatro veces superior al de hombres, se pide la probabilidad de
encontrarnos:

1 Con una persona sin gafas.

2Con una mujer con gafas.

18En una casa hay tres llaveros A, B y C; el primero con cinco llaves, el segundo con
siete y el tercero con ocho, de las que sólo una de cada llavero abre la puerta del
trastero. Se escoge al azar un llavero y, de él una llave para abrir el trastero. Se pide:

1 ¿Cuál será la probabilidad de que se acierte con la llave?

2¿Cuál será la probabilidad de que el llavero escogido sea el tercero y la llave no abra?

3Y si la llave escogida es la correcta, ¿cuál será la probabilidad de que pertenezca al
primer llavero A?

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Estadística e inferencia médica

  • 1. La estadística, junto con la epidemiología, es un instrumento indispensable en el proceso de investigación en medicina. Formalmente, se puede clasificar la estadística en descriptiva, cuando se utiliza simplemente para la presentación y síntesis de la información recogida en un estudio, e inferencial, que tiene por objetivo generalizar la información obtenida en una muestra a resultados válidos para la población de la que procede1. Supongamos, por ejemplo, que nos interesa comparar dos fármacos A y B y determinar cuál de ellos es más eficaz para el tratamiento de una determinada enfermedad. Para ello, se diseña un estudio distribuyendo 100 enfermos en dos grupos, cada uno de los cuales recibe uno de los dos tratamientos. Al cabo de 1 mes, la tasa de curación en cada grupo es del 80% y del 70%, respectivamente. Ante esta información, ¿es correcto suponer que el tratamiento A es mejor que el tratamiento B para esta enfermedad en concreto? La respuesta a esta pregunta, como a la mayor parte de problemas que pueden plantearse en medicina, está sujeta a un cierto grado de incertidumbre que hacen muy complicado tomar una decisión al respecto. En la respuesta de un paciente al tratamiento pueden influir diversos factores, entre los que se incluye el azar, que pueden provocar una gran variabilidad en los resultados. La aplicación de los principios de la estadística a la clínica permite reducir y cuantificar dicha variabilidad y ayudar a la toma de decisiones. En particular, el cálculo de probabilidades suministra las reglas apropiadas para cuantificar esa incertidumbre y constituye la base para la estadística inductiva o inferencial. El objetivo de este trabajo consiste en introducir algunos de los conceptos básicos del cálculo de probabilidades, así como las reglas necesarias para el desarrollo de la inferencia estadística en medicina. Una exposición más detallada de estos y otros conceptos puede encontrarse en referencias más especializadas2-8. El concepto de probabilidad resulta familiar a cualquier profesional del ámbito sanitario, pero una definición más precisa exige considerar la naturaleza matemática de dicho concepto. La probabilidad de ocurrencia de un determinado suceso podría definirse como la proporción de veces que ocurriría dicho suceso si se repitiese un experimento o una observación en un número grande de ocasiones bajo condiciones similares. Por definición, entonces, la probabilidad se mide por un número entre cero y uno: si un suceso no ocurre nunca, su probabilidad asociada es cero, mientras que si ocurriese siempre su probabilidad sería igual a uno. Así, las probabilidades suelen venir expresadas como decimales, fracciones o porcentajes. La definición anterior de probabilidad corresponde a la conocida como definición frecuentista. Existe otra descripción más formal desde el punto teórico que permite definir el concepto de probabilidad mediante la verificación de ciertos axiomas a partir de los que se deducen todas las demás propiedades del cálculo de probabilidades2. En otros contextos, se ha defendido una interpretación más amplia del concepto de probabilidad que incluye las que podemos denominar probabilidades subjetivas o personales, mediante las cuales se expresa el grado de confianza o experiencia en una proposición. Esta definición constituye la base de los llamados métodos bayesianos, que se presentan como alternativa a la estadística tradicional centrada en el contraste de hipótesis9-11. No obstante, y en relación con el propósito de este trabajo, bastará con considerar la definición frecuentista anterior. Así, a partir de una población con N elementos, de los cuales k presentan una característica A, se estimará la probabilidad de la característica A como P(A) = k/N. Así, por ejemplo, en una población de 100
  • 2. pacientes, 5 de los cuales son diabéticos, la probabilidad de padecer diabetes p(Diabetes) se estimará como el cocient:e 5/100= 0.5. Es conveniente conocer algunas de las propiedades básicas del cálculo de probabilidades: Para un suceso A, la probabilidad de que suceda su complementario (o equivalentemente, de que no suceda A) es igual a uno menos la probabilidad de A: donde denota al suceso contrario o suceso complementario de A. Si un fenómeno determinado tiene dos posibles resultados A y B mutuamente excluyentes (es decir, que no pueden darse de forma simultánea, como ocurre en el lanzamiento de una moneda al aire), la probabilidad de que una de esas dos posibilidades ocurra se calcula como la suma de las dos probabilidades individuales: (1) La extensión de la ley aditiva anterior al caso de más de dos sucesos mutuamente excluyentes A, B, C... indica que: Consideremos, como ejemplo, un servicio de urología en el que el 38,2% de los pacientes a los que se les practica una biopsia prostática presentan una hiperplasia benigna (HB), el 18,2% prostatitis (PR) y en un 43,6% el diagnóstico es de cáncer (C). La probabilidad de que en un paciente que se somete a una biopsia de próstata no se confirme el diagnóstico de cáncer prostático será igual a: Es decir, en un 56,4% de los casos se logra descartar un diagnóstico maligno. De modo equivalente, la probabilidad anterior podría haberse calculado como la probabilidad del suceso contrario al del diagnóstico de cáncer: Nótese la importancia del hecho de que los sucesos anteriores sean mutuamente excluyentes. Sin esta condición, la ley de adición no será válida. Por ejemplo, se sabe que en una determinada Unidad de Cuidados Intensivos (UCI) el 6,9% de los pacientes que ingresan lo hacen con una infección adquirida en el exterior, mientras que el 13,7% adquieren una infección durante su estancia en el hospital. Se conoce además que el 1,5% de los enfermos ingresados en dicha unidad presentan una infección de ambos tipos. ¿Cuál será entonces la probabilidad de que un determinado paciente presente una infección de cualquier tipo en UCI? Para realizar el cálculo, si se suman simplemente
  • 3. las probabilidades individuales (0,069+0,137) la probabilidad de un suceso doble (infección comunitaria y nosocomial) se estará evaluando dos veces, la primera como parte de la probabilidad de padecer una infección comunitaria y la segunda como parte de la probabilidad de adquirir una infección en la UCI. Para obtener la respuesta correcta se debe restar la probabilidad del doble suceso. Así: Si un fenómeno determinado tiene dos posibles resultados A y B, la probabilidad de que una de esas dos posibilidades ocurra viene dada, en general, por la expresión: Por lo tanto, si dos o más sucesos no son mutuamente excluyentes, la probabilidad de que ocurra uno de ellos o ambos se calcula sumando las probabilidades individuales de que ocurra una de esas circunstancia, pero restando la probabilidad de que ocurra la común. Resulta evidente que, para el caso de procesos mutuamente excluyentes, y se obtiene (1). En el ejemplo anterior, la probabilidad de infección en UCI vendrá dada, por lo tanto, como: Es decir, 19 de cada 100 enfermos registrará alguna infección (ya sea de tipo comunitario o nosocomial) durante su ingreso en la citada unidad. A veces, la probabilidad de que un determinado suceso tenga lugar depende de que otro suceso se haya producido o no con anterioridad. Esto es, en ocasiones el hecho de que se produzca un determinado fenómeno puede hacer más o menos probable la aparición de otro. Este tipo de probabilidades se denominan probabilidades condicionadas, y se denotará por a la probabilidad condicionada del suceso A suponiendo que el suceso B haya ocurrido ya. La ley multiplicativa de probabilidades indica que la probabilidad de que dos sucesos A y B ocurran simultáneamente es igual a: (3) La ley multiplicativa anterior se utiliza también con el fin de determinar una probabilidad condicional a partir de los valores de y : (4) Supongamos, por ejemplo, que queremos estudiar la incidencia del hecho de ser fumador como factor de riesgo en el desarrollo de una enfermedad en una determinada población. Para ello se diseñó un estudio prospectivo y, tras seleccionar una muestra de
  • 4. 180 sujetos, los resultados son los que se muestran en la Tabla 1. Considerando toda la muestra, la probabilidad de desarrollar la enfermedad (E) en la población de estudio es: Mientras que la probabilidad de padecer la enfermedad un fumador (F) es: Y un no fumador: Teniendo en cuenta que: Podría haberse aplicado la fórmula (4) para obtener cualquiera de las dos probabilidades condicionadas anteriores, resultando idénticos valores: En el ejemplo, se constata por lo tanto que la incidencia de la enfermedad es diferente en la población fumadora que en la no fumadora (85,7% vs 18,2%). Así pues, la probabilidad de desarrollar la enfermedad depende de si se es o no fumador. En otras ocasiones, sin embargo, sucede que la ocurrencia o no de un determinado fenómeno B no influye en la ocurrencia de otro suceso A. Se dice entonces que los sucesos A y B son independientes y se verificará que: (5) Sustituyendo (5) en (3) se obtiene entonces que: Es decir, en caso de independencia, la probabilidad de que ocurran dos sucesos de forma simultánea es igual al producto de las probabilidades individuales de ambos sucesos.Así, dos sucesos son independientes, si el resultado de uno no tiene efecto en el otro; o si el que ocurra el primero de ellos no hace variar la probabilidad de que se de el segundo.
  • 5. Obviamente, en la práctica, y debido a las variaciones en el muestreo, será extremadamente difícil encontrar una muestra que reproduzca de forma exacta las condiciones de independencia anteriores. El determinar si las diferencias observadas son o no compatibles con la hipótesis de independencia constituye uno de los principales problemas que aborda la estadística inferencial. Si se considera un fenómeno con k resultados posibles, mutuamente excluyentes, B1, B2,...,Bk y se conoce la probabilidad de cada uno de ellos, el llamado Teorema de las Probabilidades Totales permite calcular la probabilidad de un suceso A a partir de las probabilidades condicionadas: Utilizando la expresión para el cálculo de la probabilidad de la intersección de dos sucesos se tiene que y, por lo tanto: En el ejemplo anterior, podría aplicarse este resultado para el cálculo de la incidencia de la enfermedad en la población de estudio: Las leyes aditiva y multiplicativa, junto con la noción de probabilidades condicionadas y el teorema de las probabilidades totales se han empleado para desarrollar el llamado Teorema de Bayes, de indudable interés en la aplicación de la estadística al campo de la medicina. Si se parte de la definición de probabilidad condicionada (4): ó siempre que y . Aplicando además el teorema de las probabilidades totales se llega a que: El diagnóstico médico constituye un problema típico de aplicación del Teorema de Bayes en el campo médico, puesto que permite el cálculo de la probabilidad de que un paciente padezca una determinada enfermedad una vez dados unos síntomas concretos. La capacidad predictiva de un test o de una prueba diagnóstica suele venir dada en términos de su sensibilidad y especificidad12. Tanto la sensibilidad como la especificidad son propiedades intrínsecas a la prueba diagnóstica, y definen su validez independientemente de cuál sea la prevalencia de la enfermedad en la población a la cual se aplica. Sin embargo, carecen de utilidad en la práctica clínica, ya que sólo proporcionan información acerca de la probabilidad de obtener un resultado concreto (positivo o negativo) en función de si un paciente está realmente enfermo o no. Por el
  • 6. contrario, el concepto de valores predictivos, a pesar de ser de enorme utilidad a la hora de tomar decisiones clínicas y transmitir información sobre el diagnóstico, presenta la limitación de que dependen en gran medida de lo frecuente que sea la enfermedad a diagnosticar en la población objeto de estudio. El Teorema de Bayes permite obtener el valor predictivo asociado a un test al aplicarlo en poblaciones con índices de prevalencia muy diferentes. Consideremos como ejemplo un caso clínico en el que una gestante se somete a la prueba de sobrecarga oral con 50 gramos de glucosa para explorar la presencia de diabetes gestacional, obteniéndose un resultado positivo. Es sabido que dicho test presenta unos valores aproximados de sensibilidad y especificidad en torno al 80% y al 87%, respectivamente. Si se conoce además que la prevalencia de diabetes gestacional en la población de procedencia es aproximadamente de un 3%, por medio del teorema de Bayes podemos conocer la probabilidad de que el diagnóstico sea correcto o, equivalentemente, el valor predictivo positivo: Se puede concluir por lo tanto que, a pesar de obtener un resultado positivo en la prueba, existe sólo una probabilidad de un 15,9% de que la paciente padezca diabetes gestacional. Supongamos que además dicha paciente tiene más de 40 años de edad. Se sabe que en grupos de edad más avanzada la prevalencia de diabetes gestacional entre las gestantes llega a aumentar hasta aproximadamente un 8%. En este caso, el valor predicativo positivo asociado vendrá dado por: En este caso las posibilidades de un diagnóstico de diabetes gestacional aumentan hasta un 34,86%. En un caso como este, en que se realiza una prueba para obtener información sobre un diagnóstico, suele hablarse de probabilidad a priori, que es la disponible antes de realizar la prueba (la prevalencia, en este caso) y probabilidad a posteriori, que es la obtenida después de realizarla (los valores predictivos). A su vez, se suele denominar verosimilitudes a las probabilidades de un suceso bajo distintas hipótesis. El teorema de Bayes permite así obtener los valores de las probabilidades a posteriori a partir de las probabilidades a priori mediante una multiplicación proporcional a las verosimilitudes. Tal y como se indicó al inicio del presente artículo, la teoría de la probabilidad constituye la base matemática para la aplicación de la estadística inferencial en
  • 7. medicina. El cálculo de probabilidades constituye una herramienta que permitirá hacer inferencia sobre distintos parámetros poblacionales a partir de los resultados obtenidos en una muestra, y después tomar decisiones con el mínimo riesgo de equivocación en situaciones de incertidumbre. Probabilidad: Relación entre sucesos Entre los sucesos compuestos se pueden establecer distintas relaciones: a) Un suceso puede estar contenido en otro: las posibles soluciones del primer suceso también lo son del segundo, pero este segundo suceso tiene además otras soluciones suyas propias. Ejemplo: lanzamos un dado y analizamos dos sucesos: a) que salga el número 6, y b) que salga un número par. Vemos que el suceso a) está contenido en el suceso b). Siempre que se da el suceso a) se da el suceso b), pero no al contrario. Por ejemplo, si el resultado fuera el 2, se cumpliría el suceso b), pero no elel a). b) Dos sucesos pueden ser iguales: esto ocurre cuando siempre que se cumple uno de ellos se cumple obligatoriamente el otro y viceversa. Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par, y b) que salga múltiplo de 2. Vemos que las soluciones coinciden en ambos casos. c) Unión de dos o más sucesos: la unión será otro suceso formado por todos los elementos de los sucesos que se unen. Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par y b) que el resultado sea mayor que 3. El suceso unión estaría formado por los siguientes resultados: el 2, el 4, el 5 y el 6 d) Intersección de sucesos: es aquel suceso compuesto por los elementos comunes de dos o más sucesos que se intersectan. Ejemplo: lanzamos un dado al aire, y analizamos dos sucesos: a) que salga número par, y b) que sea mayor que 4. La intersección de estos dos sucesos tiene un sólo elemento, el número 6 (es el único resultado común a ambos sucesos: es mayor que 4 y es número par). e) Sucesos incompatibles: son aquellos que no se pueden dar al mismo tiempo ya que no tienen elementos comunes (su interesección es el conjunto vacio). Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número menor que 3, y b) que salga el número 6. Es evidente que ambos no se pueden dar al mismo tiempo.
  • 8. f) Sucesos complementarios: son aquellos que si no se da uno, obligatoriamente se tiene que dar el otro. Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número par, y b) que salga un número impar. Vemos que si no se da el primero se tiene que dar el segundo (y viceversa). LECCION 16ª Cálculo de probabilidades Probabilidad Como hemos comentado anteriormente, la probabilidad mide la mayor o menor posibilidad de que se dé un determinado resultado (suceso) cuando se realiza un experimento aleatorio. La probabilidad toma valores entre 0 y 1 (o expresados en tanto por ciento, entre 0% y 100%): El valor cero corresponde al suceso imposible: lanzamos un dado al aire y la probabilidad de que salga el número 7 es cero (al menos, si es un dado certificado por la OMD, "Organización Mundial de Dados"). El valor uno corresponde al suceso seguro: lanzamos un dado al aire y la probabilidad de que salga cualquier número del 1 al 6 es igual a uno (100%). El resto de sucesos tendrá probabilidades entre cero y uno: que será tanto mayor cuanto más probable sea que dicho suceso tenga lugar. ¿Cómo se mide la probabilidad? Uno de los métodos más utilizados es aplicando la Regla de Laplace: define la probabilidad de un suceso como el cociente entre casos favorables y casos posibles. P(A) = Casos favorables / casos posibles Veamos algunos ejemplos: a) Probabilidad de que al lanzar un dado salga el número 2: el caso favorable es tan sólo uno (que salga el dos), mientras que los casos posibles son seis (puede salir cualquier número del uno al seis). Por lo tanto: P(A) = 1 / 6 = 0,166 (o lo que es lo mismo, 16,6%) b) Probabilidad de que al lanzar un dado salga un número par: en este caso los casos favorables son tres (que salga el dos, el cuatro o el seis), mientras que los casos posibles siguen siendo seis. Por lo tanto:
  • 9. P(A) = 3 / 6 = 0,50 (o lo que es lo mismo, 50%) c) Probabilidad de que al lanzar un dado salga un número menor que 5: en este caso tenemos cuatro casos favorables (que salga el uno, el dos, el tres o el cuatro), frente a los seis casos posibles. Por lo tanto: P(A) = 4 / 6 = 0,666 (o lo que es lo mismo, 66,6%) d) Probabilidad de que nos toque el "Gordo" de Navidad: tan sólo un caso favorable, el número que jugamos (¡qué triste...¡), frente a 100.000 casos posibles. Por lo tanto: P(A) = 1 / 100.000 = 0,00001 (o lo que es lo mismo, 0,001%) Merece la pena ...... Por cierto, tiene la misma probabilidad el número 45.264, que el número 00001, pero ¿cuál de los dos comprarías? Para poder aplicar la Regla de Laplace el experimento aleatorio tiene que cumplir dos requisitos: a) El número de resultados posibles (sucesos) tiene que ser finito. Si hubiera infinitos resultados, al aplicar la regla "casos favorables / casos posibles" el cociente siempre sería cero. b) Todos los sucesos tienen que tener la misma probabilidad. Si al lanzar un dado, algunas caras tuvieran mayor probabilidad de salir que otras, no podríamos aplicar esta regla. A la regla de Laplace también se le denomina "probabilidad a priori", ya que para aplicarla hay que conocer antes de realizar el experimento cuales son los posibles resultados y saber que todos tienen las mismas probabilidades. ¿Y si el experimento aleatorio no cumple los dos requisitos indicados, qué hacemos?, ¿ponemos una denuncia? No, no va a ser necesario denunciar a nadie, ya que en este caso podemos acudir a otro modelo de cálculo de probabilidades que se basa en la experiencia (modelo frecuentista): Cuando se realiza un experimento aleatorio un número muy elevado de veces, las probabilidades de los diversos posibles sucesos empiezan a converger hacia valores determinados, que son sus respectivas probabilidades. Ejemplo: si lanzo una vez una moneda al aire y sale "cara", quiere decir que el suceso "cara" ha aparecido el 100% de las veces y el suceso "cruz" el 0%. Si lanzo diez veces la moneda al aire, es posible que el suceso "cara" salga 7 veces y el suceso "cruz" las 3 restantes. En este caso, la probabilidad del suceso "cara" ya no sería del 100%, sino que se habría reducido al 70%.
  • 10. Si repito este experimento un número elevado de veces, lo normal es que las probabilidades de los sucesos "cara" y "cruz" se vayan aproximando al 50% cada una. Este 50% será la probabilidad de estos sucesos según el modelo frecuentista. En este modelo ya no será necesario que el número de soluciones sea finito, ni que todos los sucesos tengan la misma probabilidad. Ejemplo: si la moneda que utilizamos en el ejemplo anterior fuera defectuosa (o estuviera trucada), es posible que al repetir dicho experimento un número elevado de veces, la "cara" saliera con una frecuencia, por ejemplo, del 65% y la "cruz" del 35%. Estos valores serían las probabilidades de estos dos sucesos según el modelo frecuentista. A esta definición de la probabilidad se le denomina probabilidad a posteriori, ya que tan sólo repitiendo un experimento un número elevado de veces podremos saber cual es la probabilidad de cada suceso. Probabilidad de sucesos Al definir los sucesos hablamos de las diferentes relaciones que pueden guardar dos sucesos entre sí, así como de las posibles relaciones que se pueden establecer entre los mismos. Vamos a ver ahora cómo se refleja esto en el cálculo de probabilidades. a) Un suceso puede estar contenido en otro: entonces, la probabilidad del primer suceso será menor que la del suceso que lo contiene. Ejemplo: lanzamos un dado y analizamos dos sucesos: a) que salga el número 6, y b) que salga un número par. Dijimos que el suceso a) está contenido en el suceso b). P(A) = 1/6 = 0,166 P(B) = 3 / 6 = 0,50 Por lo tanto, podemos ver que la probabilidad del suceso contenido, suceso a), es menor que la probabilidad del suceso que lo contiene, suceso b). b) Dos sucesos pueden ser iguales: en este caso, las probabilidades de ambos sucesos son las mismas. Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par, y b) que salga múltiplo de 2. Las soluciones coinciden en ambos casos. P(A) = 3 / 6 = 0,50 P(B) = 3 / 6 = 0,50
  • 11. c) Intersección de sucesos: es aquel suceso compuesto por los elementos comunes de los dos o más sucesos que se intersectan. La probabilidad será igual a la probabilidad de los elemntos comunes. Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par, y b) que sea mayor que 3. La intersección de estos dos sucesos tiene dos elementos: el 4 y el 6. Su probabilidad será por tanto: P(A B) = 2 / 6 = 0,33 d) Unión de dos o más sucesos: la probabilidad de la unión de dos sucesos es igual a la suma de las probabilidades individuales de los dos sucesos que se unen, menos la probabilidad del suceso intersección Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga número par, y b) que el resultado sea mayor que 3. El suceso unión estaría formado por los siguientes resultados: el 2, el 4, el 5 y el 6. P(A) = 3 / 6 = 0,50 P(B) = 3 / 6 = 0,50 P (A B) = 2 / 6 = 0,33 Por lo tanto, P (A u B) = (0,50 + 0,50) - 0,33 = 0,666 e) Sucesos incompatibles: la probabilidad de la unión de dos sucesos incompatibles será igual a la suma de las probabilidades de cada uno de los sucesos (ya que su intersección es el conjunto vacio y por lo tanto no hay que restarle nada). Ejemplo: lanzamos un dado al aire y analizamos dos sucesos: a) que salga un número menor que 3, y b) que salga el número 6. La probabilidad del suceso unión de estos dos sucesos será igual a: P(A) = 2 / 6 = 0,333 P(B) = 1 / 6 = 0,166 Por lo tanto, P(A u B) = 0,33 + 0,166 = 0,50 f) Sucesos complementarios: la probabilidad de un suceso complementario a un suceso (A) es igual a 1 - P(A)
  • 12. Ejemplo: lanzamos un dado al aire. el suceso (A) es que salga un número par, luego su complementario, suceso (B), es que salga un número impar. La probabilidad del suceso (A) es igual a : P(A) = 3 / 6 = 0,50 Luego, la probabilidad del suceso (B) es igual a: P(B) = 1 - P(A) = 1 - 0,50 = 0,50 Se puede comprobar aplicando la regla de "casos favorables / casos posibles": P(B) = 3 / 6 = 0,50 g) Unión de sucesos complementarios: la probabilidad de la unión de dos sucesos complementarios es igual a 1. Ejemplo: seguimos con el ejemplo anterior: a) que salga un número par, y b) que salga un número impar. La probabilidad del suceso unión de estos dos sucesos será igual a: P(A) = 3 / 6 = 0,50 P(B) = 3 / 6 = 0,50 Por lo tanto, P(A U B) = 0,50 + 0,50 = 1 Para aplicar la Regla de Laplace, el cálculo de los sucesos favorables y de los sucesos posibles a veces no plantea ningún problema, ya que son un número reducido y se pueden calcular con facilidad: Por ejemplo: Probabilidad de que al lanzar un dado salga el número 2. Tan sólo hay un caso favorable, mientras que los casos posibles son seis. Probabilidad de acertar al primer intento el horóscopo de una persona. Hay un caso favorable y 12 casos posibles. Sin embargo, a veces calcular el número de casos favorables y casos posibles es complejo y hay que aplicar reglas matemáticas: Por ejemplo: 5 matrimonios se sientan aleatoriamente a cenar y queremos calcular la probabilidad de que al menos los miembros de un matrimonio se sienten junto. En este caso, determinar el número de casos favorables y de casos posibles es complejo. Las reglas matemáticas que nos pueden ayudar son el cálculo de combinaciones, el cálculo de variaciones y el cálculo de permutaciones. a) Combinaciones:
  • 13. Determina el número de subgrupos de 1, 2, 3, etc. elementos que se pueden formar con los "n" elementos de una nuestra. Cada subgrupo se diferencia del resto en los elementos que lo componen, sin que influya el orden. Por ejemplo, calcular las posibles combinaciones de 2 elementos que se pueden formar con los números 1, 2 y 3. Se pueden establecer 3 parejas diferentes: (1,2), (1,3) y (2,3). En el cálculo de combinaciones las parejas (1,2) y (2,1) se consideran idénticas, por lo que sólo se cuentan una vez. b) Variaciones: Calcula el número de subgrupos de 1, 2, 3, etc.elementos que se pueden establecer con los "n" elementos de una muestra. Cada subgrupo se diferencia del resto en los elementos que lo componen o en el orden de dichos elementos (es lo que le diferencia de las combinaciones). Por ejemplo, calcular las posibles variaciones de 2 elementos que se pueden establecer con los número 1, 2 y 3. Ahora tendríamos 6 posibles parejas: (1,2), (1,3), (2,1), (2,3), (3,1) y (3,3). En este caso los subgrupos (1,2) y (2,1) se consideran distintos. c) Permutaciones: Cálcula las posibles agrupaciones que se pueden establecer con todos los elementos de un grupo, por lo tanto, lo que diferencia a cada subgrupo del resto es el orden de los elementos. Por ejemplo, calcular las posibles formas en que se pueden ordenar los número 1, 2 y 3. Hay 6 posibles agrupaciones: (1, 2, 3), (1, 3, 2), (2, 1, 3), (2, 3, 1), (3, 1, 2) y (3, 2, 1) ¿Cómo se calculan? a) Combinaciones: Para calcular el número de combinaciones se aplica la siguiente fórmula: El termino" n ! " se denomina "factorial de n" y es la multiplicación de todos los números que van desde "n" hasta 1. Por ejemplo: 4 ! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24
  • 14. La expresión "Cm,n" representa las combinaciones de "m" elementos, formando subgrupos de "n" elementos. Ejemplo: C10,4son las combinaciones de 10 elementos agrupándolos en subgrupos de 4 elementos: Es decir, podríamos formar 210 subgrupos diferentes de 4 elementos, a partir de los 10 elementos. b) Variaciones: Para calcular el número de variaciones se aplica la siguiente fórmula: La expresión "Vm,n" representa las variaciones de "m" elementos, formando subgrupos de "n" elementos. En este caso, como vimos en la lección anterior, un subgrupo se diferenciará del resto, bien por los elementos que lo forman, o bien por el orden de dichos elementos. Ejemplo: V10,4son las variaciones de 10 elementos agrupándolos en subgrupos de 4 elementos: Es decir, podríamos formar 5.040 subgrupos diferentes de 4 elementos, a partir de los 10 elementos. c) Permutaciones: Para calcular el número de permutaciones se aplica la siguiente fórmula: La expresión "Pm" representa las permutaciones de "m" elementos, tomando todos los elementos. Los subgrupos se diferenciaran únicamente por el orden de los elementos. Ejemplo: P10 son las permutaciones de 10 elementos:
  • 15. Es decir, tendríamos 3.628.800 formas diferentes de agrupar 10 elementos. LECCION 20ª Combinaciones, Variaciones y Permutaciones (III) Vamos a analizar ahora que ocurriría con el cálculo de las combinaciones, de las variaciones o de las permutaciones en el supuesto de que al formar los subgrupos los elementos pudieran repetirse. Por ejemplo: tenemos bolas de 6 colores diferentes y queremos formar subgrupos en los que pudiera darse el caso de que 2, 3, 4 o todas las bolas del subgrupo tuvieran el mismo color. En este caso no podríamos utilizar las fórmulas que vimos en la lección anterior. a) Combinaciones con repetición: Para calcular el número de combinaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula: Ejemplo: C'10,4 son las combinaciones de 10 elementos con repetición, agrupándolos en subgrupos de 4, en los que 2, 3 o los 4 elementos podrían estar repetidos: Es decir, podríamos formar 715 subgrupos diferentes de 4 elementos. b) Variaciones con repetición: Para calcular el número de variaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula: Ejemplo: V'10,4 son las variaciones de 10 elementos con repetición, agrupándolos en subgrupos de 4 elementos:
  • 16. Es decir, podríamos formar 10.000 subgrupos diferentes de 4 elementos. c) Permutaciones con repetición: Para calcular el número de permutaciones con repetición se aplica la siguiente fórmula: Son permutaciones de "m" elementos, en los que uno de ellos se repite " x1 " veces, otro " x2 " veces y así ... hasta uno que se repite " xk " veces. Ejemplo: Calcular las permutaciones de 10 elementos, en los que uno de ellos se repite en 2 ocasiones y otro se repite en 3 ocasiones: Es decir, tendríamos 302,400 formas diferentes de agrupar estos 10 elementos. LECCION 21ª Ejercicios 1.- Ejercicio Calcular la probabilidad de acertar los 14 signos de la quiniela: Solución: Se aplica la Regla de Laplace (casos favorables / casos posibles). El caso favorable es tan sólo uno (acertar los 14 signos). Los casos posibles se calculan como variaciones con repetición de 3 elementos (1, X y 2), tomados de 14 en 14 (los signos que hay que rellenar). Son variaciones y no combinaciones ya que el orden influye: no es lo mismo (1,1,X) que (1, X, 1). Y son con repetición, ya que cualquiera de los signos (1, X y 2) se puede repetir hasta 14 veces. Por lo tanto, los casos posibles son: Y la probabilidad de acertar los 14 resultados es:
  • 17. No demasiado elevada....pero el que la sigue la consigue. 2.- Ejercicio Y la probabilidad de acertar 12 signos de la quiniela: Solución: Aplicamos nuevamente la Regla de Laplace. En este caso los casos favorables se calculan como combinaciones de 14 elementos tomados de 2 en 2, de esta manera obtenemos todas las posibles alternativas de fallar 2 resultados de 14 (lo que equivale a acertar 12 resultados). Utilizamos combinaciones y no variaciones ya que el orden no importa (da lo mismo fallar el 3º y el 6º, que el 6º y el 3º) Los casos posibles siguen siendo los mismos: Por lo que la probabilidad de acertar 12 resultados es: Por lo tanto, tenemos más probabilidades de acertar 12 resultados que 14 (¿será por eso por lo que pagan menos?). 3.- Ejercicio Calcular la probabilidad de, en una carrera de 12 caballos, acertar los 3 que quedan primeros (sin importar cual de ellos queda primero, cual segundo y cual tercero). Solución: Se aplica la Regla de Laplace. El caso favorable es tan sólo uno: los 3 caballos que entran en primer lugar. Los casos posibles se calculan como combinaciones de 12 elementos tomados de 3 en 3 (es decir, determinamos todos las posibles alternativas de 3 caballos que pueden entrar en las 3 primeras posiciones). Como el orden de estos 3 primeros caballos no importa, utilizamos combinaciones en lugar de variaciones. Por lo tanto, los casos posibles son:
  • 18. Por lo que la probabilidad de acertar los 3 caballos ganadores es: Algo mayor que en las quinielas.... Eso sí, se paga menos. 4.- Ejercicio Y si hubiera que acertar, no sólo los 3 caballos que ganan, sino el orden de su entrada en meta. Solución: El caso favorable sigue siendo uno: los 3 caballos que entran en primer lugar, colocados en su orden correspondiente. Los casos posibles se calculan ahora como variaciones (ya que el orden influye) de 12 elementos tomados de 3 en 3 (calculamos todas las posibles maneras en que los 12 caballos podrían ocupar las 3 primeras posiciones. Por lo que la probabilidad de acertar los 3 caballos ganadores es: Menor que en el ejemplo 3º. Ya no vale acertar que 3 caballos entran en primer lugar, sino que tenemos que acertar el orden de su entrada. LECCION 22ª Probabilidad condicionada Las probabilidades condicionadas se calculan una vez que se ha incorporado información adicional a la situación de partida: Ejemplo: se tira un dado y sabemos que la probabilidad de que salga un 2 es 1/6 (probabilidad a priori). Si incorporamos nueva información (por ejemplo, alguien nos dice que el resultado ha sido un número par) entonces la probabilidad de que el resultado sea el 2 ya no es 1/6. Las probabilidades condicionadas se calculan aplicando la siguiente fórmula:
  • 19. Donde: P (B/A) es la probabilidad de que se de el suceso B condicionada a que se haya dado el suceso A. P (B A) es la probabilidad del suceso simultáneo de A y de B P (A) es la probabilidad a priori del suceso A En el ejemplo que hemos visto: P (B/A) es la probabilidad de que salga el número 2 (suceso B) condicionada a que haya salido un número par (suceso A). P (B A) es la probabilidad de que salga el dos y número par. P (A) es la probabilidad a priori de que salga un número par. Por lo tanto: P (B A) = 1/6 P (A) = 1/2 P (B/A) = (1/6) / (1/2) = 1/3 Luego, la probabilidad de que salga el número 2, si ya sabemos que ha salido un número par, es de 1/3 (mayor que su probabilidad a priori de 1/6). 2º ejemplo: En un estudio sanitario se ha llegado a la conclusión de que la probabilidad de que una persona sufra problemas coronarios (suceso B) es el 0,10 (probabilidad a priori). Además, la probabilidad de que una persona sufra problemas de obesidad (suceso A) es el 0,25 y la probabilidad de que una persona sufra a la vez problemas de obesidad y coronarios (suceso intersección de A y B) es del 0,05. Calcular la probabilidad de que una persona sufra problemas coronarios si está obesa (probabilidad condicionada P(B/A)). P (B A) = 0,05 P (A) = 0,25 P (B/A) = 0,05 / 0,25 = 0,20 Por lo tanto, la probabilidad condicionada es superior a la probabilidad a priori. No siempre esto es así, a veces la probabilidad condicionada es igual a la probabilidad a priori o menor.
  • 20. Por ejemplo: probabilidad de que al tirar un dado salga el número 2, condicionada a que haya salido un número impar. La probabilidad condicionada es en este caso cero, frente a una probabilidad a priori de 1/6. Clase anterior La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de la probabilidad condicionada: La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y B) es igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B condicionada al cumplimiento del suceso A. La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es: Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años casados) y el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la siguiente información: Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados. De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga más de 2 hijos (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,35 P (B/A) = 0,30 P (A B) = 0,35 * 0,30 = 0,105 Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2 hijos. 2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B (alumnos que hablan alemán) y obtenemos la siguiente información: Un 50% de los alumnos hablan inglés.
  • 21. De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,50 P (B/A) = 0,20 P (A B) = 0,50 * 0,20 = 0,10 Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán. El Teorema de la probabilidad total nos permite calcular la probabilidad de un suceso a partir de probabilidades condicionadas: Ejemplo: supongamos que si llueve la probabilidad de que ocurra un accidentes es x% y si hace buen tiempo dicha probabilidad es y%. Este teorema nos permite deducir cuál es la probabilidad de que ocurra un accidente si conocemos la probabilidad de que llueva y la probabilidad de que haga buen tiempo. La fórmula para calcular esta probabilidad es: Es decir, la probabilidad de que ocurra el suceso B (en nuestro ejemplo, que ocurra un accidente) es igual a la suma de multiplicar cada una de las probabilidades condicionadas de este suceso con los diferentes sucesos A (probabilidad de un accidente cuando llueve y cuando hace buen tiempo) por la probabilidad de cada suceso A. Para que este teorema se pueda aplicar hace falta cumplir un requisito: Los sucesos A tienen que formar un sistema completo, es decir, que contemplen todas las posibilidades (la suma de sus probabilidades debe ser el 100%). Ejemplo: al tirar una moneda, el suceso "salir cara" y el suceso "salir cruz" forman un sistema completo, no hay más alternativas: la suma de sus probabilidades es el 100% Ejemplo: al tirar un dado, que salga el 1, el 2, el 3, o el 4 no forman un sistema completo, ya que no contempla todas las opciones (podría salir el 5 o el 6). En este caso no se podría aplicar el teorema de la probabilidad total.
  • 22. Ejercicio 1º: En un saquito hay papeletas de tres colores, con las siguientes probabilidades de ser elegidas: a) Amarilla: probabilidad del 50%. b) Verde: probabilidad del 30% c) Roja: probabilidad del 20%. Según el color de la papeleta elegida, podrás participar en diferentes sorteos. Así, si la papeleta elegida es: a) Amarilla: participas en un sorteo con una probabilidad de ganar del 40%. b) Verde: participas en otro sorteo con una probabilidad de ganar del 60% c) Roja: participas en un tercer sorteo con una probabilidad de ganar del 80%. Con esta información, ¿qué probabilidad tienes de ganar el sorteo en el que participes?: 1.- Las tres papeletas forman un sistema completo: sus probabilidades suman 100% 2.- Aplicamos la fórmula: Luego, P (B) = (0,50 * 0,40) + (0,30 * 0,60) + (0,20 * 0,80) = 0,54 Por tanto, la probabilidad de que ganes el sorteo es del 54%. Ejercicio 2º: Van a cambiar a tu jefe y se barajan diversos candidatos: a) Carlos, con una probabilidad del 60% b) Juan, con una probabilidad del 30% c) Luis, con una probabilidad del 10% En función de quien sea tu próximo jefe, la probabilidad de que te suban el sueldo es la siguiente: a) Si sale Carlos: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 5%. b) Si sale Juan: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 20%.
  • 23. c) Si sale Luis: la probabilidad de que te suban el sueldo es del 60%. En definitiva, ¿cual es la probabilidad de que te suban el sueldo?: 1.- Los tres candidatos forman un sistema completo 2.- Aplicamos la fórmula: P (B) = (0,60 * 0,05) + (0,30 * 0,20) + (0,10 * 0,60) = 0,15 Por tanto, la probabilidad de que te suban el sueldo es del 15%. Lo llevas claro amigo... El Teorema de Bayesviene a seguir el proceso inverso al que hemos visto en el Teorema de la probabilidad total: Teorema de la probabilidad total: a partir de las probabilidades del suceso A (probabilidad de que llueva o de que haga buen tiempo) deducimos la probabilidad del suceso B (que ocurra un accidente). Teorema de Bayes: a partir de que ha ocurrido el suceso B (ha ocurrido un accidente) deducimos las probabilidades del suceso A (¿estaba lloviendo o hacía buen tiempo?). La fórmula del Teorema de Bayes es: Tratar de explicar estar fórmula con palabras es un galimatías, así que vamos a intentar explicarla con un ejemplo. De todos modos, antes de entrar en el ejercicio, recordar que este teorema también exige que el suceso A forme un sistema completo. Ejercicio 1º: El parte meteorológico ha anunciado tres posibilidades para el fin de semana: a) Que llueva: probabilidad del 50%. b) Que nieve: probabilidad del 30% c) Que haya niebla: probabilidad del 20%. Según estos posibles estados meteorológicos, la posibilidad de que ocurra un accidente es la siguiente: a) Si llueve: probabilidad de accidente del 10%.
  • 24. b) Si nieva: probabilidad de accidente del 20% c) Si hay niebla: probabilidad de accidente del 5%. Resulta que efectivamente ocurre un accidente y como no estabamos en la ciudad no sabemos que tiempo hizo (nevó, llovío o hubo niebla). El teorema de Bayes nos permite calcular estas probabilidades: Las probabilidades que manejamos antes de conocer que ha ocurrido un accidente se denominan "probabilidades a priori" (lluvia con el 60%, nieve con el 30% y niebla con el 10%). Una vez que incorporamos la información de que ha ocurrido un accidente, las probabilidades del suceso A cambian: son probabilidades condicionadas P (A/B), que se denominan "probabilidades a posteriori". Vamos a aplicar la fórmula: a) Probabilidad de que estuviera lloviendo: La probabilidad de que efectivamente estuviera lloviendo el día del accidente (probabilidad a posteriori) es del 71,4%. b) Probabilidad de que estuviera nevando: La probabilidad de que estuviera nevando es del 21,4%. c) Probabilidad de que hubiera niebla: La probabilidad de que hubiera niebla es del 7,1%. Dos sucesos son independientes entre sí, si la ocurrencia de uno de ellos no afecta para nada a la ocurrencia del otro:
  • 25. Ejemplo: el suceso estatura de los alumnos de una clase y el color del pelo son independientes: el que un alumno sea más o menos alto no va a influir en el color de su cabello, ni viceversa. Para que dos sucesos sean independientes tienen que verificar al menos una de las siguientes condiciones: P (B/A) = P (B) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso B, condicionada a que previamente se haya dado el suceso A, es exactamente igual a la probabilidad de B. Ejemplo: la probabilidad de que al tirar una moneda salga cara (suceso B), condicionada a que haga buen tiempo (suceso A), es igual a la propia probabilidad del suceso B. P (A/B) = P (A) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso A, condicionada a que previamente se haya dado el suceso B, es exactamente igual a la probabilidad de A. Ejemplo: la probabilidad de que haga buen tiempo (suceso A), condicionada a que al tirar una moneda salga cara (suceso B), es igual a la propia probabilidad del suceso A. P (A B) = P (A) * P (B) es decir, que la probabilidad de que se de el suceso conjunto A y B es exactamente igual a la probabilidad del suceso A multiplicada por la probabilidsad del suceso B. Ejemplo: la probabilidad de que haga buen tiempo (suceso A) y salga cara al tirar una moneda (suceso B), es igual a la probabilidad del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B Si el suceso A es independiente del suceso B, entonces el suceso B también es independiente del suceso A. Ejemplo 1º: analicemos dos sucesos: Suceso A: la probabilidad de que haga buen tiempo es del 0,4 Suceso B: la probabilidad de tener un accidente es del 0,1 Suceso intersección: la probabilidad de que haga buen tiempo y tener un accidente es del 0,08 Veamos si se cumple alguna de las condiciones señaladas: P (B/A) = P (A B) / P (A) = 0,08 / 0,4 = 0,2 (que no es igual a P (B)) P (A/B) = P (A B) / P (B) = 0,08 / 0,6 = 0,133 (que no es igual a P (A)) P (A B) = 0,08 (que no es igual a P (A) multiplicado por P (B))
  • 26. Por lo tanto, no se cumple ninguna de las tres condiciones señaladas por lo que estos dos sucesos no son independientes, sino que existe algún grado de dependencia entre ellos. Ejemplo 2º: analicemos dos sucesos: Suceso A: la probabilidad de que haga buen tiempo es del 0,4 Suceso B: la probabilidad de salir cara al lanzar una moneda es del 0,5 Suceso intersección: la probabilidad de que haga buen tiempo y que salga cara es 0,2 Veamos si se cumple alguna de las condiciones señaladas: P (B/A) = P (A B) / P (A) = 0,2 / 0,4 = 0,5 (igual que P (B)) P (A/B) = P (A B) / P (B) = 0,2 / 0,6 = 0,4 (igual que P (A)) P (A B) = 0,2 (igual a P (A) multiplicado por P (B)) Por lo tanto, estos dos sucesos sí son independientes. Llamamos probabilidad condicionada del suceso respecto del suceso , y lo denotamos por al cociente [editar] Ejemplo Se lanzan dos dados. Si la suma ha sido 7, ¿cuál es la probabilidad de que alguno de los dados haya salido un tres? Sean los sucesos = "la suma de los puntos es siete" y = "en alguno de los dados ha salido un tres"
  • 27. El suceso es salir en algún dado 3, si la suma ha sido 7. Observamos que esta situación ocurre en las parejas y . Por tanto, Probabilidad de la intersección de sucesos independientes p(A B) = p(A) · p(B) Ejemplo Se tiene una baraja de 40 cartas, se saca una y se vuelve a meter. ¿Cuál es la probabilidad de extraer dos ases? Probabilidad de la intersección de sucesos dependientes p(A B) = p(A) · p(B/A) Ejemplo Se tiene una baraja de 40 cartas, se extraen dos cartas. ¿Cuál es la probabilidad de extraer dos ases? Probabilidad de la diferencia de sucesos PROBABILIDAD COMPUESTA La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de la probabilidad condicionada:
  • 28. La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y B) es igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B condicionada al cumplimiento del suceso A. La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es: Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años casados) y el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la siguiente información: Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados. De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga más de 2 hijos (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,35 P (B/A) = 0,30 P (A B) = 0,35 * 0,30 = 0,105 Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2 hijos. 2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B (alumnos que hablan alemán) y obtenemos la siguiente información: Un 50% de los alumnos hablan inglés. De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,50 P (B/A) = 0,20 P (A B) = 0,50 * 0,20 = 0,10 Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán.
  • 29. PROBABILIDAD COMPUESTA La probabilidad compuesta (o regla de multiplicación de probabilidades) se deriva de la probabilidad condicionada: La probabilidad de que se den simultáneamente dos sucesos (suceso intersección de A y B) es igual a la probabilidad a priori del suceso A multiplicada por la probabilidad del suceso B condicionada al cumplimiento del suceso A. La fórmula para calcular esta probabilidad compuesta es: Ejemplo 1º : Estudiamos el suceso A (porcentaje de varones mayores de 40 años casados) y el suceso B (varones mayores de 40 años con más de 2 hijos) y obtenemos la siguiente información: Un 35% de los varones mayores de 40 años están casados. De los varones mayores de 40 años y casados, un 30% tienen más de 2 hijos (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un varón mayor de 40 años esté casado y tenga más de 2 hijos (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,35 P (B/A) = 0,30 P (A B) = 0,35 * 0,30 = 0,105 Es decir, un 10,5% de los varones mayores de 40 años están casados y tienen más de 2 hijos. 2º ejemplo: Estudiamos el suceso A (alumnos que hablan inglés) y el suceso B (alumnos que hablan alemán) y obtenemos la siguiente información: Un 50% de los alumnos hablan inglés. De los alumnos que hablan inglés, un 20% hablan también alemán (suceso B condicionado al suceso A). Calcular la probabilidad de que un alumno hable inglés y alemán (suceso intersección de A y B). Por lo tanto: P (A) = 0,50
  • 30. P (B/A) = 0,20 P (A B) = 0,50 * 0,20 = 0,10 Es decir, un 10% de los alumnos hablan inglés y alemán. Ejemplo de probabilidad compuesta. Diagrama en árbol.
  • 31. Problemas de probabilidad 1Hallar la probabilidad de que al lanzar al aire dos monedas, salgan:
  • 32. 1Dos caras. 2Dos cruces. 3Dos caras y una cruz. 2Hallar la probabilidad de que al levantar unas fichas de dominó se obtenga un número de puntos mayor que 9 o que sea múltiplo de 4. 3Un dado está trucado, de forma que las probabilidades de obtener las distintas caras son proporcionales a los números de estas. Hallar: 1La probabilidad de obtener el 6 en un lanzamiento. 2La probabilidad de conseguir un número impar en un lanzamiento. 4Se lanzan dos dados al aire y se anota la suma de los puntos obtenidos. Se pide: 1La probabilidad de que salga el 7. 2La probabilidad de que el número obtenido sea par. 3La probabilidad de que el número obtenido sea múltiplo de tres. 5Se lanzan tres dados. Encontrar la probabilidad de que: 1Salga 6 en todos. 2Los puntos obtenidos sumen 7. 6Busca la probabilidad de que al echar un dado al aire, salga: 1Un número par. 2Un múltiplo de tres. 3Mayor que cuatro. 7Se sacan dos bolas de una urna que se compone de una bola blanca, otra roja, otra verde y otra negra. Describir el espacio muestral cuando: 1La primera bola se devuelve a la urna antes de sacar la segunda. 1La primera bola no se devuelve 8Una urna tiene ocho bolas rojas, 5 amarilla y siete verdes. Se extrae una al azar de que:
  • 33. 1Sea roja. 2Sea verde. 3Sea amarilla. 4No sea roja. 5No sea amarilla. 9Una urna contiene tres bolas rojas y siete blancas. Se extraen dos bolas al azar. Escribir el espacio muestral y hallar la probabilidad de: 1Extraer las dos bolas con reemplazamiento. 2Sin reemplazamiento. 10Se extrae una bola de una urna que contiene 4 bolas rojas, 5 blancas y 6 negras, ¿cuál es la probabilidad de que la bola sea roja o blanca? ¿Cuál es la probabilidad de que no sea blanca? 11En una clase hay 10 alumnas rubias, 20 morenas, cinco alumnos rubios y 10 morenos. Un día asisten 44 alumnos, encontrar la probabilidad de que el alumno que falta: 1Sea hombre. 2Sea mujer morena. 3Sea hombre o mujer. 12En un sobre hay 20 papeletas, ocho llevan dibujado un coche las restantes son blancas. Hallar la probabilidad de extraer al menos una papeleta con el dibujo de un coche: 1Si se saca una papeleta. 2Si se extraen dos papeletas. 3Si se extraen tres papeletas. 13Los estudiantes A y B tienen respectivamente probabilidades 1/2 y 1/5 de suspender un examen. La probabilidad de que suspendan el examen simultáneamente es de 1/10. Determinar la probabilidad de que al menos uno de los dos estudiantes suspenda el examen.
  • 34. 14Dos hermanos salen de casa. El primero mata un promedio de 2 piezas cada 5 disparos y el segundo una pieza cada 2 disparos. Si los dos disparan al mismo tiempo a una misma pieza, ¿cuál es la probabilidad de que la maten? 15Una clase consta de 10 hombres y 20 mujeres; la mitad de los hombres y la mitad de las mujeres tienen los ojos castaños. Determinar la probabilidad de que una persona elegida al azar sea un hombre o tenga los ojos castaños. 16La probabilidad de que un hombre viva 20 años es ¼ y la de que su mujer viva 20 años es 1/3. Se pide calcular la probabilidad: 1De que ambos vivan 20 años. 2De que el hombre viva 20 años y su mujer no. 3De que ambos mueran antes de los 20 años. 17Calcular la probabilidad de sacar exactamente dos cruces al tirar una moneda cuatro veces. 18Un grupo de 10 personas se sienta en un banco. ¿Cuál es la probabilidad de que dos personas fijadas de antemano se sienten juntas 19Se extraen cinco cartas de una baraja de 52. Hallar la probabilidad de extraer: 1 4 ases. 24 ases y un rey. 33 cincos y 2 sotas. 4Un 9, 10, sota, caballo y rey en cualquier orden. 53 de un palo cualquiera y 2 de otro. 6Al menos un as. 1Sean A y B dos sucesos aleatorios con p(A) = 1/2, p(B) = 1/3, p(A B)= 1/4. Determinar: 1 2 3
  • 35. 4 5 2Sean A y B dos sucesos aleatorios con p(A) = 1/3, p(B) = 1/4, p(A B) = 1/5. Determinar: 1 2 3 4 5 6 3En un centro escolar los alumnos pueden optar por cursar como lengua extranjera inglés o francés. En un determinado curso, el 90% de los alumnos estudia inglés y el resto francés. El 30% de los que estudian inglés son chicos y de los que estudian francés son chicos el 40%. El elegido un alumno al azar, ¿cuál es la probabilidad de que sea chica? 4De una baraja de 48 cartas se extrae simultáneamente dos de ellas. Calcular la probabilidad de que: 1 Las dos sean copas. 2Al menos una sea copas. 3Una sea copa y la otra espada. 5Ante un examen, un alumno sólo ha estudiado 15 de los 25 temas correspondientes a la materia del mismo. Éste se realiza extrayendo al azar dos temas y dejando que el alumno escoja uno de los dos para ser examinado del mismo. Hallar la probabilidad de que el alumno pueda elegir en el examen uno de los temas estudiados. 6Una clase está formada por 10 chicos y 10 chicas; la mitad de las chicas y la mitad de los chicos han elegido francés como asignatura optativa.
  • 36. 1 ¿Cuál es la probabilidad de que una persona elegida al azar sea chico o estudie francés? 2¿Y la probabilidad de que sea chica y no estudie francés? 7Un taller sabe que por término medio acuden: por la mañana tres automóviles con problemas eléctricos, ocho con problemas mecánicos y tres con problemas de chapa, y por la tarde dos con problemas eléctricos, tres con problemas mecánicos y uno con problemas de chapa. 1 Hacer una tabla ordenando los datos anteriores. 2Calcular el porcentaje de los que acuden por la tarde. 3Calcular el porcentaje de los que acuden por problemas mecánicos. 4Calcular la probabilidad de que un automóvil con problemas eléctricos acuda por la mañana. 8Una clase consta de seis niñas y 10 niños. Si se escoge un comité de tres al azar, hallar la probabilidad de: 1 Seleccionar tres niños. 2Seleccionar exactamente dos niños y una niña. 3Seleccionar por lo menos un niño. 4Seleccionar exactamente dos niñas y un niño. 9Una caja contiene tres monedas. Una moneda es corriente, otra tiene dos caras y la otra está cargada de modo que la probabilidad de obtener cara es de 1/3. Se selecciona una moneda lanzar y se lanza al aire. Hallar la probabilidad de que salga cara. 10Una urna contiene 5 bolas rojas y 8 verdes. Se extrae una bola y se reemplaza por dos del otro color. A continuación, se extrae una segunda bola. Se pide: 1 Probabilidad de que la segunda bola sea verde. 2Probabilidad de que las dos bolas extraídas sean del mismo color. 11En una clase en la que todos practican algún deporte, el 60% de los alumnos juega al fútbol o al baloncesto y el 10% practica ambos deportes. Si además hay un 60% que no juega al fútbol, cuál será la probabilidad de que escogido al azar un alumno de la clase: 1 Juegue sólo al fútbol. 2Juegue sólo al baloncesto.
  • 37. 3Practique uno solo de los deportes. 4No juegue ni al fútbol ni al baloncesto. 12En una ciudad, el 40% de la población tiene cabellos castaños, el 25% tiene ojos castaños y el 15% tiene cabellos y ojos castaños. Se escoge una persona al azar: 1 Si tiene los cabellos castaños, ¿cuál es la probabilidad de que tenga también ojos castaños? 2Si tiene ojos castaños, ¿cuál es la probabilidad de que no tenga cabellos castaños? 3¿Cuál es la probabilidad de que no tenga cabellos ni ojos castaños? 13En un aula hay 100 alumnos, de los cuales: 40 son hombres, 30 usan gafas, y 15 son varones y usan gafas. Si seleccionamos al azar un alumno de dicho curso: 1 ¿Cuál es la probabilidad de que sea mujer y no use gafas? 2Si sabemos que el alumno seleccionado no usa gafas, ¿qué probabilidad hay de que sea hombre? 14Disponemos de dos urnas: la urna A contiene 6 bolas rojas y 4 bolas blancas, la urna B contiene 4 bolas rojas y 8 bolas blancas. Se lanza un dado, si aparece un número menor que 3; nos vamos a la urna A; si el resultado es 3 ó más, nos vamos a la urna B. A continuación extraemos una bola. Se pide: 1 Probabilidad de que la bola sea roja y de la urna B. 2Probabilidad de que la bola sea blanca. 15Un estudiante cuenta, para un examen con la ayuda de un despertador, el cual consigue despertarlo en un 80% de los casos. Si oye el despertador, la probabilidad de que realiza el examen es 0.9 y, en caso contrario, de 0.5. 1 Si va a realizar el examen, ¿cuál es la probabilidad de que haya oído el despertador? 2Si no realiza el examen, ¿cuál es la probabilidad de que no haya oído el despertador? 16En una estantería hay 60 novelas y 20 libros de poesía. Una persona A elige un libro al azar de la estantería y se lo lleva. A continuación otra persona B elige otro libro al azar. 1 ¿Cuál es la probabilidad de que el libro seleccionado por B sea una novela? 2Si se sabe que B eligió una novela, ¿cuál es la probabilidad de que el libro seleccionado por A sea de poesía?
  • 38. 17Se supone que 25 de cada 100 hombres y 600 de cada 1000 mujeres usan gafas. Si el número de mujeres es cuatro veces superior al de hombres, se pide la probabilidad de encontrarnos: 1 Con una persona sin gafas. 2Con una mujer con gafas. 18En una casa hay tres llaveros A, B y C; el primero con cinco llaves, el segundo con siete y el tercero con ocho, de las que sólo una de cada llavero abre la puerta del trastero. Se escoge al azar un llavero y, de él una llave para abrir el trastero. Se pide: 1 ¿Cuál será la probabilidad de que se acierte con la llave? 2¿Cuál será la probabilidad de que el llavero escogido sea el tercero y la llave no abra? 3Y si la llave escogida es la correcta, ¿cuál será la probabilidad de que pertenezca al primer llavero A? Ejercicios resueltos de probabilidad