SlideShare a Scribd company logo
1 of 22
Download to read offline
Kolegium Nauczycielskie
w Bielsku-Białej
Piotr Szlagor
Gry Penney'a
Praca dyplomowa
napisana pod
kierunkiem naukowym
prof. dr hab. Henryka Kąkola
Bielsko-Biała, 2011
Niniejsza praca dyplomowa opracowana została przeze mnie samodzielnie i zgodnie z Ustawą
o prawie autorskim i prawach pokrewnych z dnia 4.02.1994r. (Dz. U. 1994 nr 24 poz. 83) wraz
z nowelizacją z dnia 25.03.2003r. (Dz. U. 2003 nr 166 poz. 1610) oraz z dnia 1.04.2004r. (Dz. U.
2004 nr 91 poz. 869).
Bielsko-Biała, dnia................................ ….....................................
czytelny podpis studenta
1
OŚWIADCZENIE
Oświadczam, iż wyrażam zgodę na udostępnienie mojej pracy dyplomowej.
Bielsko-Biała, dnia …............................... …..............................
podpis
…................................................................
poświadczenie wiarygodności podpisu
przez dziekanat
2
Spis treści
Wstęp ......................................................................................................................... 5
1. Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna ...................................... 6
1.1. Definicja nieskończonej przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej ............. 6
1.2. Prawdopodobieństwo w przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej ............. 6
1.3. Przykłady ........................................................................................................ 6
2. Gry losowe Penney'a ............................................................................................ 11
2.1. Przykłady ...................................................................................................... 12
Literatura ................................................................................................................. 22
3
Wstęp
Gry losowe towarzyszą człowiekowi od zarania dziejów. Chińczycy już 3,5 tysiąca lat temu
grali w grę podobną do Multi Lotka. Z kolei w starożytnym Rzymie popularność gier była tak
wielka, że jeden z cesarzy zakazał niższym klasom społeczeństwa ich uprawiania. W średniowieczu
namiętna grę w kości okazała się być tak wielką plagą, że uznano ją za grzech i starano się wytępić.
Obecnie, gry losowe również cieszą się ogromnym zainteresowaniem wśród społeczeństwa.
Jest tak już od dzieciństwa, kiedy to gra się w „marynarza”, czy „kamień-papier-nożyce”. Osoby
dorosłe preferują z kolei takie gry jak Duży Lotek, Jednorękiego Bandytę, czy na przykład grę
w Pokera. Oczywiście, każdy gracz zastanawia się jaką strategię ma przyjąć, by w danej grze
losowej wygrać.
Probabilistyka odgrywa w grach losowych ogromną rolę, gdyż pomaga w oszacowaniu
swoich szans na wygranie oraz zaplanowanie najefektywniejszej strategii gry. Można w ten sposób
unikać grania w gry, w który z góry jesteśmy skazani na porażkę.
W pracy zajmuję się grami Penney'a, które są szczególnym przypadkiem gier opartych na
wielokrotnym rzucie symetryczną monetą. Polegają na oczekiwaniu na serię orłów i reszek.
Rozważane przykłady ilustruję aplikacjami mojego autorstwa: „Ryzykancki hazard” oraz trzema
wersjami programu „Gry Penney'a” (dwoma dla systemu Android i jedną dla systemu Windows).
Programy te symulują przeprowadzanie rozważanych gier i pokazują w przybliżeniu
prawdopodobieństwo wystąpienia odpowiednich wyników.
4
1. Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna
Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna określa taki rodzaj doświadczeń
losowych, dla których zbiór wyników jest nieskończony i przeliczalny. Przykładem takiego
doświadczenia losowego jest powtarzanie rzutu monetą na płaską powierzchnię do momentu
uzyskania orła.
1.1. Definicja nieskończonej przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej
Niech D będzie doświadczeniem losowym, którego wszystkie możliwe wyniki tworzy
zbiór Ω nieskończony i przeliczalny, taki że Ω={ω1, ω2, ω3, ...} . Jeżeli funkcja p przypisuje
każdemu elementowi ωi zbioru  liczbę p(ωi)≥0 i p(ω1)+ p(ω2)+ p(ω3)+ ...=1 , to
funkcję p nazywamy rozkładem prawdopodobieństwa na nieskończonym zbiorze  ,
a parę (Ω, p) - nieskończoną przestrzenią probabilistyczną.
Warto zauważyć, że p1, p2 , p3,... nie mogą być sobie równe. Gdyby tak było,
to istniała taka liczba a∈[0,1] , że p1= p2=p3=...=a . Wobec tego
∑
1
∞
pn=aaa...=∞ , gdyż nie jest spełniony warunek konieczny zbieżności szeregów.
Wynika z tego, że w przestrzeni nieskończonej, przeliczalnej nie istnieje rozkład klasyczny.
1.2. Prawdopodobieństwo w przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej
Jeżeli  , p jest przestrzenią probabilistyczną opisującą doświadczenie D. To zdarzeniem
A tej przestrzeni nazywamy każdy podzbiór zbioru  , a prawdopodobieństwem zdarzenia
A nazywamy funkcję P określoną następująco:
P( A)= ∑
ωi
∈A
p(ωi)
1.3. Przykłady
Przykład 1
Doświadczenie losowe D polega na rzucaniu symetryczną monetą, tak długo, aż wypadnie
orzeł. Z jakim prawdopodobieństwem stanie się to w dziesiątym rzucie monetą? Z jakim
najpóźniej w piątym rzucie? Z jakim po trzecim rzucie?
Zbiór wyników tego doświadczenia ma postać:
Ω={o,ro ,rro ,rrro ,rrrro ,...}
5
Każdemu elementowi zbioru Ω przypisujemy liczbę w sposób przedstawiony w poniższej tabeli.
n 1=o 2=ro 3=rro ... n
pn
1
2 1
2
2
=
1
4 1
2
3
=
1
8
... 1
2
n
Każda liczba pn jest nieujemna. Obliczmy sumę ich wszystkich.
Elementy szeregu ∑
1
∞
pn tworzą wyrazy ciągu geometrycznego o wyrazie początkowym a1=
1
2
i ilorazie q=
1
2
. Wówczas:
∑
1
∞
pn=
a1
1−q
=
1
2
1−
1
2
=
1
2
⋅2=1
Rozkład prawdopodobieństwa został więc dobrze określony.
Określmy zdarzenie A jako wylosowanie orła w dziesiątym rzucie. Wówczas:
A={rrrrrrrrro}
Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa:
PA= prrrrrrrrro=1
2 
10
=
1
1024
Określmy zdarzenie B jako wylosowanie orła najpóźniej w piątym rzucie. Wówczas:
B={r ,ro ,rro ,rrro ,rrrro}
Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa:
PB= popro prro prrroprrrro=
1
2

1
4

1
8

1
16

1
32
=
31
32
Określmy zdarzenie C jako wylosowanie po trzecim rzucie. Wówczas:
C={rrro ,rrrro ,rrrrro,...}
Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa oraz twierdzeniu o prawdopodobieństwie zdarzenia
przeciwnego:
P(C)=1−P(C' ) , gdzie C '={o,ro ,rro}
Wówczas:
P(C)=1−( p(o)+ p(ro)+ p(rro))=1−(1
2
+
1
4
+
1
8 )=1−
7
8
=
1
8
6
Przykład 2
Masz jednego dolara, a potrzeba ci pięć. Możesz to osiągnąć w sprawiedliwej grze.
Decydujesz się na „ryzykancką strategię”: w każdej rundzie stawiasz tyle ze swojego
dotychczasowego majątku, aby w razie wygranej być najbliżej osiągnięcia celu tj. zdobycia
pięciu dolarów. Jakie jest prawdopodobieństwo wygrania w tej grze?
Doświadczeniem losowym będzie tu udział w sprawiedliwej grze, w której zawodnik może
albo wygrać postawioną przez siebie kwotę, albo ją przegrać. Gra będzie się toczyć do momentu
wygrania przez zawodnika pięciu dolarów lub przegrania wszystkich pieniędzy.
Zauważmy, że tę grę możemy przedstawić jako losowe błądzenie po grafie stochastycznym,
przedstawionym na rysunku 1.1, które zaczyna się w stanie 1, a kończy w 0 (przegrana) lub
5 (wygrana).
Rys. 1.1. Graf stochastyczny przedstawiający grę Ryzykancki Hazard
Do symulacji tego doświadczenia można użyć programu „Ryzykancki Hazard” stworzonego
przez autora w środowisku programistycznym Scratch. Program pozwoli w przybliżeniu obliczyć
prawdopodobieństwa wygrania pięciu dolarów i przegrania wszystkich pieniędzy.
Program po uruchomieniu ukazuje problem postawiony w treści Przykładu 2. Aby rozpocząć
grę, należy wpisać literę „t” i nacisnąć klawisz „Enter”. Ilość wygranych (pionek na polu 5)
i przegranych (pionek na polu 5) jest zliczana w polach u góry ekranu (rys. 1.2).
7
Rys. 1.2. Ekran startowy programu „Ryzykancki hazard”
Po ukończeniu losowania program zadaje pytanie, czy ma rozpocząć kolejne. W ten sposób
można przeprowadzić dowolną liczbę losowań, obserwując jednocześnie drogi, jakimi pionek
podąża do pola 0, czy 5. Przeprowadźmy dwadzieścia losowań (rys. 1.3).
Rys. 1.3. Wynik dwudziestokrotnego przeprowadzenia losowania
Po przeprowadzeniu dwudziestu losowań widać, że częstości wygranych i przegranych nie są
do siebie zbliżone. Spróbujmy przeprowadzić sto losowań (rys. 1.4).
8
Rys. 1.4. Wynik stukrotnego przeprowadzenia losowania
Sto przeprowadzonych losowań (wynik na rysunku 1.4) pozwala zauważyć, że częstości
wciąż nie są do siebie zbliżone. Można w tym momencie postawić hipotezę, że
prawdopodobieństwo wygrania w „Ryzykanckim hazardzie” jest cztery razy mniejsze niż
prawdopodobieństwo przegrania. Warto zauważyć jednak, że ze względu na niewielką liczbą
losowań, hipoteza może być postawiona błędnie. Należy ją w takim razie potwierdzić lub
zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego.
Z grafu przedstawionego na rysunku 1.1 łatwo można odczytać, iż rozważamy doświadczenie
losowe z nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej, a zbiór wyników tego
doświadczenia ma postać:
={10,120,1245,12435,124310,1243120,12431245,124312435,1243124310...}
Zauważmy, że w kolejnych wynikach gry powtarza się cykl 1243.
Określmy zdarzenie A jako wygranie pięciu dolarów. Wówczas zdarzeniu A możemy
przyporządkować następujący zbiór zdarzeń mu sprzyjających:
A={1245,12435,12431245,124312435,...}
Stąd:
PA= p1245p12435p12431245p124312435...
Korzystając z rozkładu prawdopodobieństwa przedstawionego na grafie stochastycznym, mamy:
PA=1
2
3
1
2
4
1
2 
7
1
2 
8
...=∑
1
∞
1
2 
4n−1
∑
1
∞
1
2
4n
9
Korzystając ze wzoru na sumę szeregu geometrycznego, otrzymujemy:
PA=
1
8
1−1
2
4

1
16
1−1
2
4
=
1
8
⋅
16
15

1
16
⋅
16
15
=
1
5
Hipoteza wysunięta po analizie wyniku przedstawionego przez program została
potwierdzona. Aplikacja nawet dla tak małej liczby przeprowadzonych prób podała częstości
wystąpień poszczególnych wyników z dobrym przybliżeniem.
2. Gry losowe Penney'a
Innymi przykładami doświadczeń losowych są gry Penney'a, nazwane tak od nazwiska
Waltera Penney'a. W owej grze uczestniczy dwóch graczy A i B, nazywanych dalej jako Arek
i Bartek. Toczą ze sobą potyczkę polegającą na rzucaniu symetryczną monetą tak długo aż
wypadnie seria orłów i reszek przypisana do któregoś z graczy. Doświadczenie losowe danej gry
Penney'a jest czekaniem na jedną z dwóch serii orłów i reszek: a lub b. Oznaczamy je jako a−b .
Model tego doświadczenia losowego jest nieskończoną przestrzenią probabilistyczną.
Z doświadczeniem losowym δa−b zwiążemy dwa zdarzenia, wzajemnie przeciwne, których
zbiór wyników jest zbiorem nieskończonym i przeliczalnym:
• A – uzyskanie serii a,
• B – uzyskanie serii b.
W grze losowej Penney'a zwycięży Arek, gdy zajdzie zdarzenie A, a Bartek, gdy zajdzie
zdarzenie B. Rozstrzyganie sprawiedliwości danej gry losowej sprowadzi się wówczas do
obliczenia prawdopodobieństw zdarzeń A i B w nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni
probabilistycznej.
O problemach związanych z grami losowymi, w których mamy do czynienia z serią orłów lub
reszek długości 2, można przeczytać w interesującym artykule Macieja Majora i Barbary
Nawolskiej pt.: „Gry Penney'a jako źródło pojęć probabilistycznych dla uczniów”. W swojej pracy
rozpatruję gry losowe, w których serie złożone są z z trzech orłów lub reszek.
10
2.1. Przykłady
Przykład 1
Rzut monetą będzie powtarzany tak długo, aż po reszce dwa razy pod rząd wypadanie orzeł
(...roo) – i wtedy zwycięża Arek, albo gdy po dwu orłach pod rząd wypadnie reszka (...oor) –
i wtedy zwycięża Bartek. Czy jest to gra sprawiedliwa?
Warto zauważyć, iż jest to gra Penney'a. Doświadczeniem losowym będzie rzut symetryczną
monetą. Doświadczenie powtarzamy tak długo, aż uzyskamy serię oor albo roo. Z faktu iż wyniki
oor i roo są symetryczne, można intuicyjnie wnosić, że prawdopodobieństwo wygrania gry przez
Arka będzie identyczne, jak Bartka, a więc, że gra będzie sprawiedliwa.
Problem postawiony w zadaniu możemy zilustrować aplikacją przeprowadzającą
odpowiednie doświadczenie losowe. Wykorzystamy w tym celu program „Gry Penney'a”
stworzony przez autora i przeznaczony dla systemu Android. Program pozwala na ustalenie
dowolnych dwóch, ale różnych od siebie, kombinacji orłów (O) i reszek (R) – możliwych wyników
danego doświadczenia losowego. Robi się to naciskając na guziki z literami „O” i „R” umieszczone
przy wybranym wyniku przeprowadzanej gry. Kliknięcie guzika „Czyszczenie” sprawi, że pole
z wpisywanym wynikiem stanie się puste.
Dla zilustrowania przykładu ustalamy wyniki na roo i oor (rys. 2.1).
Rys. 2.1. Aplikacja z wpisanymi seriami oor i roo, kończącymi daną grę.
Aplikacja pozwala na ustalenie liczby gier jaka zostanie przez nią przeprowadzona. Robimy
to, wpisując w polu oznaczonym jako „Liczba gier” wybraną przez siebie wartość. Ustalimy
11
przeprowadzenie stu gier losowych. Po dokonaniu tej czynności należy wcisnąć przycisk „Graj”, by
przeprowadzić żądaną liczbę gier losowych Penney'a. Wynik powinien pojawić się po chwili (rys.
2.2), która będzie uzależniona od wielkości wpisanej liczby.
Rys. 2.2. Wynik stukrotnego przeprowadzenia zaplanowanej gry
Program zapisuje wyniki w tabeli. Przedstawia zarówno liczbę wylosowanych serii
kończących daną grę Penney'a, jak i częstość występowania owych wyników. Pod tabelą znajduje
się diagram obrazujący graficznie częstość występowania danych wyników (kolor niebieski –
wynik nr 1, kolor czerwony – wynik nr 2).
Po przeprowadzeniu stu gier widać, że częstości występowania wyników nie są do siebie
zbliżone. Spróbujmy powtórzyć grę tysiąc razy (rys. 2.3).
12
Rys. 2.3. Przeprowadzenie tysiąca gier
Tysiąc przeprowadzonych gier losowych pozwala zauważyć, że częstości wciąż nie są do
siebie zbliżone i rozkładają się podobnie jak po przeprowadzeniu stu prób. Może to jednak ciągle
być spowodowane dość niewielką liczbą gier. Spróbujmy zagrać sto tysięcy razy, by zobaczyć, czy
coś zmieni się w częstości występowania poszczególnych serii (rys. 2.4).
Rys. 2.4. Przeprowadzenie stu tysięcy gier
Po przeprowadzeniu stu tysięcy gier widać, że częstość serii roo jest około trzy razy większa
niż oor – podobnie jak miało to miejsce w przypadku stu i tysiąca gier. Na tej podstawie można
wysunąć hipotezę, iż Arek ma trzy razy większe szanse na wygraną niż Bartek. Jest to jednak tylko
13
przypuszczenie, które należy potwierdzić lub zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego.
Zauważmy, że tę grę możemy przedstawić jako losowe błądzenie po grafie stochastycznym,
przedstawionym na rysunku 2.5, które zaczyna się w stanie s, a kończy w oor albo roo.
Rys. 2.5. Graf stochastyczny przedstawiający daną grę losową Penney'a
Z grafu na można zauważyć, iż przestrzeń probabilistyczna dla tego doświadczenia losowego
jest nieskończona, przeliczalna. Zbiór wyników tego doświadczenia możemy zapisać jako:
={oor ,roo ,ooor ,rroo ,oroo ,oooor ,rrroo ,orroo ,roroo ,...}
Określmy zdarzenia A i B następująco:
• A – grę wygra Arek (gra zakończy się serią roo),
• B – grę wygra Bartek (gra zakończy się serią oor).
Zdarzenia A i B można odpowiednio zapisać:
• A={roo ,oroo ,rroo ,ororoo ,orrroo ,rroroo ,rorroo ,rrrroo,...} ,
• B={oor ,ooor ,oooor ,...} .
Zaczniemy od obliczenia prawdopodobieństwa zdarzenia B. Z definicji prawdopodobieństwa
w nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej mamy:
P(B)=ω(oor)+ ω(ooor)+ ω(oooor)+ ... =
1
8
+
1
16
+
1
32
+ ...
14
Korzystając, ze wzoru na sumę szeregu geometrycznego o wyrazie początkowym
1
8
i ilorazie
1
2
otrzymujemy:
PB=
1
8
1−
1
2
=
1
8
⋅
2
1
=
1
4
Ponieważ zdarzenia A i B są przeciwne, to korzystając z odpowiedniego twierdzenia mamy:
P( A)=1−P(B)=1−
1
4
=
3
4
Prawdopodobieństwo zdarzenia A jest trzy razy większe niż zdarzenia B. Gra nie jest więc
sprawiedliwa, wbrew temu co podpowiadała intuicja. Okazało się natomiast, że stworzony przez
autora program był przydatny, gdyż na podstawie wyników przeprowadzonych przez niego
symulacji poprawnie odczytaliśmy prawdopodobieństwo zakończenia gry serią oor lub roo.
Przykład 2
Rzut monetą będzie powtarzany tak długo, aż wypadnie seria oor – i wtedy zwycięża Arek, roo
– zwycięża Bartek, albo oro – zwycięży Czarek. Który gracz będzie miał największe szanse, na
wygranie, a który najmniejsze?
Problem postawiony w powyższym zadaniu jest rozwinięciem idei gier Penney'a,
polegającym na zwiększeniu liczby serii kończących grę z dwóch do trzech. Doświadczeniem
losowym będzie rzut symetryczną monetą. Będzie on powtarzany tak długo, aż uzyskamy serię oor,
roo lub oro.
Zagadnienie, analogicznie jak we wcześniejszym przykładzie, można zilustrować aplikacją
przeprowadzającą odpowiednie doświadczenie losowe. Wykorzystamy w tym celu program „Gry
Penney'a” stworzony przez autora, lecz tym razem przeznaczony dla systemu Windows (rys. 2.6).
15
Rys. 2.6. Ekran startowy programu Gry Penney'a dla systemu Windows
Na początek przeprowadźmy sto gier. W tym celu należy wpisać liczbę 100 w polu „Liczba
gier” i wcisnąć przycisk „Graj” (rys. 2.7). Wynik, po chwili, pojawi się w tabeli w prawej części
okna aplikacji. Częstość wystąpień poszczególnych serii zostanie odwzorowana w diagramie
słupkowym. Kolory słupków – czerwony, zielony i niebieski – odpowiadają odpowiednio częstości
wystąpień pierwszego, drugiego i trzeciego wyniku.
Rys. 2.7. Wynik stukrotnego przeprowadzenia gry losowej
Po przeprowadzeniu stu gier widać, że częstości wystąpień poszczególnych wyników nie są
do siebie zbliżone. Spróbujmy powtórzyć grę sto tysięcy razy (rys. 2.8).
16
Rys. 2.8. Wynik przeprowadzenia doświadczenia losowego sto tysięcy razy
Sto tysięcy przeprowadzonych gier pozwala zauważyć, że częstości wciąż nie są do siebie
zbliżone. Widać jednak, że wyniki prezentują się zupełnie inaczej niż po przeprowadzeniu stu gier.
Zobaczmy jak będą wyglądały częstości po przeprowadzeniu dziesięciu milionów gier (rys. 2.9).
Rys. 2.9. Wynik przeprowadzenia dziesięciu milionów gier losowych
Po przeprowadzeniu dziesięciu milionów gier widać, że wyniki oor, roo występują częściej
niż wynik oro. Mając na uwadze Przykład 1. zauważmy, że częstość serii oor powinna była wynieść
1
4
. Możemy więc podejrzewać, że program źle losuje orły i reszki. Sprawdźmy to, wykonując
sto milionów rzutów monetą (rys. 2.10).
17
Rys. 2.10. Sto milionów rzutów monetą.
Test sprawdzający napisaną przez autora aplikację pozwala zauważyć, że częstości wystąpień
orła i reszki nie są sobie równe, ani nawet bliskie. Zafałszowane wyniki tego doświadczenia są
najprawdopodobniej winą generatora liczb pseudolosowych, z którego aplikacja korzysta. Stąd też
częstość wystąpień serii oor nie pokrywa się z tą wyliczoną w Przykładzie 1.
Powróćmy teraz do aplikacji stworzonej dla systemu Android, z której korzystaliśmy
w Przykładzie 1., gdyż jej wyniki pokrywały się z późniejszymi wyliczeniami matematycznymi
(rys. 2.11).
Rys. 2.11. Okno aplikacji stworzonej dla systemu Android z wpisanymi seriami kończącymi grę.
18
Ustalmy przeprowadzenie stu gier losowych (rys. 2.12). Analogicznie jak we wcześniejszych
przykładach, wciśnięcie przycisku „Graj” rozpoczyna proces losowania.
Rys. 2.12. Wynik stukrotnego powtórzenia gry losowej z trzema seriami.
Wyświetlony wynik stukrotnego losowania jest zupełnie inny niż analogiczny, w aplikacji
przeznaczonej dla systemu Windows (rys. 2.7). Spróbujmy powtórzyć grę tysiąc razy (rys. 2.13).
Rys. 2.13. Wynik tysiąckrotnego powtórzenia gry losowej z trzema seriami
Tysiąc przeprowadzonych gier losowych pozwala zauważyć, że częstości poszczególnych
serii nie są do siebie zbliżone. Spróbujmy zagrać sto tysięcy razy, by zobaczyć, czy coś zmieni się
w częstości występowania poszczególnych serii (rys. 2.14).
19
Rys. 2.14. Wynik po stu tysiącach losowań
Po przeprowadzeniu stu tysięcy gier widać, że częstość serii oor jest około trzy razy mniejsza
niż suma częstości serii roo i oro. Zgadza się to z wyliczeniami dokonanymi w Przykładzie 1.
Mając na uwadze to, że stworzona aplikacja dla systemu Android posiada dobry generator liczb
pseudolosowych, możemy odpowiedzieć na pytanie postawione w treści zadania, że największe
szanse na wygranie ma Bartek, a najmniejsze Arek. Jest to jednak hipoteza, którą należałoby
potwierdzić lub zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego.
Obliczenie dokładnego prawdopodobieństwa wygrania gry przez Bartka i Czarka jest jednak
bardzo kłopotliwe i praktycznie nie do wykonania. Można w tym przypadku korzystać
z odpowiednich twierdzeń dotyczących procesów stochastycznych, ale to wykracza poza ramy
niniejszej pracy.
20
Literatura
Major. M, Nawolska B., 2003, Gry Penney'a jako źródło pojęć probabilistycznych dla uczniów, [w:]
http://math.ku.sk/data/konferenciasub/pdf2003/MajorNawolska.pdf [dostęp: 03.05.2011].
Płocki A.: 2004, Prawdopodobieństwo wokół nas. Rachunek prawdopodobieństwa w zadaniach
i problemach, Dla szkoły, Wilkowice.
Engel A.: 1976, Abak probabilistyczny, [w:] Matematyka.
21

More Related Content

What's hot

5.3 .3 Azas & Jenis Pengendalian.pptx
5.3 .3  Azas & Jenis  Pengendalian.pptx5.3 .3  Azas & Jenis  Pengendalian.pptx
5.3 .3 Azas & Jenis Pengendalian.pptxHospitality Industry
 
Makalah Balanced Scorecard
Makalah Balanced Scorecard Makalah Balanced Scorecard
Makalah Balanced Scorecard Yesica Adicondro
 
Keamanan dan Pengendalian Komputer
Keamanan dan Pengendalian KomputerKeamanan dan Pengendalian Komputer
Keamanan dan Pengendalian KomputerInggit Meilani
 
Keamanan sistem dalam dan luar
Keamanan sistem dalam dan luarKeamanan sistem dalam dan luar
Keamanan sistem dalam dan luarAnin Rodahad
 
Kerangka Teoritis dan Penyusunan Hipotesis
Kerangka Teoritis dan Penyusunan HipotesisKerangka Teoritis dan Penyusunan Hipotesis
Kerangka Teoritis dan Penyusunan HipotesisNajibatul Labibah
 
Biaya Kualitas dan Produktifitas
Biaya Kualitas dan Produktifitas Biaya Kualitas dan Produktifitas
Biaya Kualitas dan Produktifitas Rahma Arzzalindh
 
Sistem informasi manajemen aming
Sistem informasi manajemen amingSistem informasi manajemen aming
Sistem informasi manajemen amingaminngpangesti30
 
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docx
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docxProposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docx
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docxNindaEvaIrmaErfiana
 
Sistematika penulisan skripsi ks
Sistematika penulisan skripsi ksSistematika penulisan skripsi ks
Sistematika penulisan skripsi ksHIMA KS FISIP UNPAD
 
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1Amrulloh naman
 
Sistem informasi manajemen sekolah
Sistem informasi manajemen sekolahSistem informasi manajemen sekolah
Sistem informasi manajemen sekolahditaanggiwibia
 
Sistem informasi enterprise (sie)
Sistem informasi enterprise (sie)Sistem informasi enterprise (sie)
Sistem informasi enterprise (sie)Lukman Ahmad Riadi
 
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...Uofa_Unsada
 
Makalah Sistem Operasi
Makalah Sistem OperasiMakalah Sistem Operasi
Makalah Sistem Operasidedisutrisno
 
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia ii
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia iiPengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia ii
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia iiFergieta Prahasdhika
 
Testing dan implementasi_sistem_-_romeo
Testing dan implementasi_sistem_-_romeoTesting dan implementasi_sistem_-_romeo
Testing dan implementasi_sistem_-_romeoAbrianto Nugraha
 
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic Complexity
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic ComplexityLaporan Penilaian Software dengan Cyclomatic Complexity
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic ComplexityMoch. Nor Kholis
 
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...Dr. Astia Dendi
 

What's hot (20)

Infrastruktur ti
Infrastruktur tiInfrastruktur ti
Infrastruktur ti
 
5.3 .3 Azas & Jenis Pengendalian.pptx
5.3 .3  Azas & Jenis  Pengendalian.pptx5.3 .3  Azas & Jenis  Pengendalian.pptx
5.3 .3 Azas & Jenis Pengendalian.pptx
 
Makalah Balanced Scorecard
Makalah Balanced Scorecard Makalah Balanced Scorecard
Makalah Balanced Scorecard
 
Keamanan dan Pengendalian Komputer
Keamanan dan Pengendalian KomputerKeamanan dan Pengendalian Komputer
Keamanan dan Pengendalian Komputer
 
Keamanan sistem dalam dan luar
Keamanan sistem dalam dan luarKeamanan sistem dalam dan luar
Keamanan sistem dalam dan luar
 
Kerangka Teoritis dan Penyusunan Hipotesis
Kerangka Teoritis dan Penyusunan HipotesisKerangka Teoritis dan Penyusunan Hipotesis
Kerangka Teoritis dan Penyusunan Hipotesis
 
Biaya Kualitas dan Produktifitas
Biaya Kualitas dan Produktifitas Biaya Kualitas dan Produktifitas
Biaya Kualitas dan Produktifitas
 
Sistem informasi manajemen aming
Sistem informasi manajemen amingSistem informasi manajemen aming
Sistem informasi manajemen aming
 
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docx
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docxProposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docx
Proposal Business Plan Ninda Eva Irma Erfiana_049_B6PAR.docx
 
Sistem Penunjang Keputusan [Konsep dan Permodelan Sistem Penunjang Keputusan]
Sistem Penunjang Keputusan [Konsep dan Permodelan Sistem Penunjang Keputusan]Sistem Penunjang Keputusan [Konsep dan Permodelan Sistem Penunjang Keputusan]
Sistem Penunjang Keputusan [Konsep dan Permodelan Sistem Penunjang Keputusan]
 
Sistematika penulisan skripsi ks
Sistematika penulisan skripsi ksSistematika penulisan skripsi ks
Sistematika penulisan skripsi ks
 
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1
Teknik penipuan dan penyalahgunaan komputer1
 
Sistem informasi manajemen sekolah
Sistem informasi manajemen sekolahSistem informasi manajemen sekolah
Sistem informasi manajemen sekolah
 
Sistem informasi enterprise (sie)
Sistem informasi enterprise (sie)Sistem informasi enterprise (sie)
Sistem informasi enterprise (sie)
 
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...
ANALISIS PENERAPAN TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) UNTUK PENINGKATAN SUMBER DA...
 
Makalah Sistem Operasi
Makalah Sistem OperasiMakalah Sistem Operasi
Makalah Sistem Operasi
 
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia ii
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia iiPengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia ii
Pengendalian sistem informasi berdasarkan komputer ppt sia ii
 
Testing dan implementasi_sistem_-_romeo
Testing dan implementasi_sistem_-_romeoTesting dan implementasi_sistem_-_romeo
Testing dan implementasi_sistem_-_romeo
 
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic Complexity
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic ComplexityLaporan Penilaian Software dengan Cyclomatic Complexity
Laporan Penilaian Software dengan Cyclomatic Complexity
 
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...
Analisis dan Pengembangan Rantai Nilai (Value Chains) untuk Pengurangan Kemis...
 

Viewers also liked

M. Łobocki - ABC wychowania
M. Łobocki - ABC wychowaniaM. Łobocki - ABC wychowania
M. Łobocki - ABC wychowaniaknbb_mat
 
Budowa komputera
Budowa komputera Budowa komputera
Budowa komputera dariusz1235
 
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014Superbrands Polska
 
Lokalna sieć komputerowa
Lokalna sieć komputerowaLokalna sieć komputerowa
Lokalna sieć komputerowaKatarzyna_B
 
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebook
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebookEuropejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebook
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebooke-booksweb.pl
 
Czas reakcja, a droga hamowania
Czas reakcja, a droga hamowaniaCzas reakcja, a droga hamowania
Czas reakcja, a droga hamowaniaDariusz Dahm
 
Restart - raport końcowy
Restart - raport końcowyRestart - raport końcowy
Restart - raport końcowypzr
 
Politechnika gdańska ccs-r aranowski
Politechnika gdańska ccs-r aranowskiPolitechnika gdańska ccs-r aranowski
Politechnika gdańska ccs-r aranowskiProAkademia
 
14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgającychLukas Pobocha
 
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacji
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacjiPsychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacji
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacjiZłota Myśl Pieniądz
 
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eai
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eaiModele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eai
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eaiJaroslaw Zelinski
 
Zacznij przyci±gaæ pieni±dze
Zacznij przyci±gaæ pieni±dzeZacznij przyci±gaæ pieni±dze
Zacznij przyci±gaæ pieni±dzebartenz
 
Medialab. instrukcja-obsługi
Medialab. instrukcja-obsługiMedialab. instrukcja-obsługi
Medialab. instrukcja-obsługiMamStartup
 
Just in time and kanban
Just in time and kanbanJust in time and kanban
Just in time and kanbanandzi18
 

Viewers also liked (20)

M. Łobocki - ABC wychowania
M. Łobocki - ABC wychowaniaM. Łobocki - ABC wychowania
M. Łobocki - ABC wychowania
 
Wideodydaktyka
WideodydaktykaWideodydaktyka
Wideodydaktyka
 
Budowa komputera
Budowa komputera Budowa komputera
Budowa komputera
 
Kocioł DEFRO OPTIMA - instrukcja obsługi
Kocioł DEFRO OPTIMA - instrukcja obsługiKocioł DEFRO OPTIMA - instrukcja obsługi
Kocioł DEFRO OPTIMA - instrukcja obsługi
 
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014
Case study marki Polski Cukier z Albumu Superbrands Polska 2014
 
Lokalna sieć komputerowa
Lokalna sieć komputerowaLokalna sieć komputerowa
Lokalna sieć komputerowa
 
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebook
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebookEuropejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebook
Europejskie ściganie karne. Zagadnienia ustrojowe - ebook
 
10
1010
10
 
Czas reakcja, a droga hamowania
Czas reakcja, a droga hamowaniaCzas reakcja, a droga hamowania
Czas reakcja, a droga hamowania
 
Restart - raport końcowy
Restart - raport końcowyRestart - raport końcowy
Restart - raport końcowy
 
Magnezi b6 Calivita
Magnezi b6 CalivitaMagnezi b6 Calivita
Magnezi b6 Calivita
 
BRE Bank - wyniki
BRE Bank - wynikiBRE Bank - wyniki
BRE Bank - wyniki
 
Politechnika gdańska ccs-r aranowski
Politechnika gdańska ccs-r aranowskiPolitechnika gdańska ccs-r aranowski
Politechnika gdańska ccs-r aranowski
 
Slask 2.0
Slask 2.0Slask 2.0
Slask 2.0
 
14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających14. Badanie układów sprzęgających
14. Badanie układów sprzęgających
 
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacji
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacjiPsychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacji
Psychologia wywierania-wplywu-i-psychomanipulacji
 
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eai
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eaiModele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eai
Modele i metodyki wdrażania i zarządzania projektami eai
 
Zacznij przyci±gaæ pieni±dze
Zacznij przyci±gaæ pieni±dzeZacznij przyci±gaæ pieni±dze
Zacznij przyci±gaæ pieni±dze
 
Medialab. instrukcja-obsługi
Medialab. instrukcja-obsługiMedialab. instrukcja-obsługi
Medialab. instrukcja-obsługi
 
Just in time and kanban
Just in time and kanbanJust in time and kanban
Just in time and kanban
 

More from Piotr Szlagor

Własności linii stopnia drugiego
Własności linii stopnia drugiegoWłasności linii stopnia drugiego
Własności linii stopnia drugiegoPiotr Szlagor
 
Polacy - Społeczeństwo Informatyczne
Polacy - Społeczeństwo InformatycznePolacy - Społeczeństwo Informatyczne
Polacy - Społeczeństwo InformatycznePiotr Szlagor
 
Rozwiazywanie Trojkata
Rozwiazywanie TrojkataRozwiazywanie Trojkata
Rozwiazywanie TrojkataPiotr Szlagor
 
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowy
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowySrodkowe w trojkacie - dowod wektorowy
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowyPiotr Szlagor
 
Środkowe w trójkącie
Środkowe w trójkącieŚrodkowe w trójkącie
Środkowe w trójkąciePiotr Szlagor
 
Rownoleglobok i dopelnianie sie katow
Rownoleglobok i dopelnianie sie katowRownoleglobok i dopelnianie sie katow
Rownoleglobok i dopelnianie sie katowPiotr Szlagor
 
Równoległobok i Przeciwne Kąty
Równoległobok i Przeciwne KątyRównoległobok i Przeciwne Kąty
Równoległobok i Przeciwne KątyPiotr Szlagor
 
Równoległobok i połowienie się przekątnych
Równoległobok i połowienie się przekątnychRównoległobok i połowienie się przekątnych
Równoległobok i połowienie się przekątnychPiotr Szlagor
 
Równoległobok i równe boki
Równoległobok i równe bokiRównoległobok i równe boki
Równoległobok i równe bokiPiotr Szlagor
 
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy Matematycznej
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy MatematycznejNotatki do egzaminu z Wstepu do Analizy Matematycznej
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy MatematycznejPiotr Szlagor
 
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Talesa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia TalesaTwierdzenie odwrotne do Twierdzenia Talesa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia TalesaPiotr Szlagor
 
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Pitagorasa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia PitagorasaTwierdzenie odwrotne do Twierdzenia Pitagorasa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia PitagorasaPiotr Szlagor
 
Twierdzenie Pitagorasa
Twierdzenie PitagorasaTwierdzenie Pitagorasa
Twierdzenie PitagorasaPiotr Szlagor
 

More from Piotr Szlagor (18)

Własności linii stopnia drugiego
Własności linii stopnia drugiegoWłasności linii stopnia drugiego
Własności linii stopnia drugiego
 
Czystę ręce
Czystę ręceCzystę ręce
Czystę ręce
 
Polacy - Społeczeństwo Informatyczne
Polacy - Społeczeństwo InformatycznePolacy - Społeczeństwo Informatyczne
Polacy - Społeczeństwo Informatyczne
 
Rozwiazywanie Trojkata
Rozwiazywanie TrojkataRozwiazywanie Trojkata
Rozwiazywanie Trojkata
 
Dwusieczna Kata
Dwusieczna KataDwusieczna Kata
Dwusieczna Kata
 
Symetralna Odcinka
Symetralna OdcinkaSymetralna Odcinka
Symetralna Odcinka
 
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowy
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowySrodkowe w trojkacie - dowod wektorowy
Srodkowe w trojkacie - dowod wektorowy
 
Środkowe w trójkącie
Środkowe w trójkącieŚrodkowe w trójkącie
Środkowe w trójkącie
 
Rownoleglobok i dopelnianie sie katow
Rownoleglobok i dopelnianie sie katowRownoleglobok i dopelnianie sie katow
Rownoleglobok i dopelnianie sie katow
 
Równoległobok i Przeciwne Kąty
Równoległobok i Przeciwne KątyRównoległobok i Przeciwne Kąty
Równoległobok i Przeciwne Kąty
 
Równoległobok i połowienie się przekątnych
Równoległobok i połowienie się przekątnychRównoległobok i połowienie się przekątnych
Równoległobok i połowienie się przekątnych
 
Równoległobok i równe boki
Równoległobok i równe bokiRównoległobok i równe boki
Równoległobok i równe boki
 
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy Matematycznej
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy MatematycznejNotatki do egzaminu z Wstepu do Analizy Matematycznej
Notatki do egzaminu z Wstepu do Analizy Matematycznej
 
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Talesa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia TalesaTwierdzenie odwrotne do Twierdzenia Talesa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Talesa
 
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Pitagorasa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia PitagorasaTwierdzenie odwrotne do Twierdzenia Pitagorasa
Twierdzenie odwrotne do Twierdzenia Pitagorasa
 
Twierdzenie Talesa
Twierdzenie TalesaTwierdzenie Talesa
Twierdzenie Talesa
 
Twierdzenie Pitagorasa
Twierdzenie PitagorasaTwierdzenie Pitagorasa
Twierdzenie Pitagorasa
 
Wideodydaktyka 2.0
Wideodydaktyka 2.0Wideodydaktyka 2.0
Wideodydaktyka 2.0
 

"Gry Penney'a", Praca dyplomowa

  • 1. Kolegium Nauczycielskie w Bielsku-Białej Piotr Szlagor Gry Penney'a Praca dyplomowa napisana pod kierunkiem naukowym prof. dr hab. Henryka Kąkola Bielsko-Biała, 2011
  • 2. Niniejsza praca dyplomowa opracowana została przeze mnie samodzielnie i zgodnie z Ustawą o prawie autorskim i prawach pokrewnych z dnia 4.02.1994r. (Dz. U. 1994 nr 24 poz. 83) wraz z nowelizacją z dnia 25.03.2003r. (Dz. U. 2003 nr 166 poz. 1610) oraz z dnia 1.04.2004r. (Dz. U. 2004 nr 91 poz. 869). Bielsko-Biała, dnia................................ …..................................... czytelny podpis studenta 1
  • 3. OŚWIADCZENIE Oświadczam, iż wyrażam zgodę na udostępnienie mojej pracy dyplomowej. Bielsko-Biała, dnia …............................... ….............................. podpis …................................................................ poświadczenie wiarygodności podpisu przez dziekanat 2
  • 4. Spis treści Wstęp ......................................................................................................................... 5 1. Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna ...................................... 6 1.1. Definicja nieskończonej przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej ............. 6 1.2. Prawdopodobieństwo w przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej ............. 6 1.3. Przykłady ........................................................................................................ 6 2. Gry losowe Penney'a ............................................................................................ 11 2.1. Przykłady ...................................................................................................... 12 Literatura ................................................................................................................. 22 3
  • 5. Wstęp Gry losowe towarzyszą człowiekowi od zarania dziejów. Chińczycy już 3,5 tysiąca lat temu grali w grę podobną do Multi Lotka. Z kolei w starożytnym Rzymie popularność gier była tak wielka, że jeden z cesarzy zakazał niższym klasom społeczeństwa ich uprawiania. W średniowieczu namiętna grę w kości okazała się być tak wielką plagą, że uznano ją za grzech i starano się wytępić. Obecnie, gry losowe również cieszą się ogromnym zainteresowaniem wśród społeczeństwa. Jest tak już od dzieciństwa, kiedy to gra się w „marynarza”, czy „kamień-papier-nożyce”. Osoby dorosłe preferują z kolei takie gry jak Duży Lotek, Jednorękiego Bandytę, czy na przykład grę w Pokera. Oczywiście, każdy gracz zastanawia się jaką strategię ma przyjąć, by w danej grze losowej wygrać. Probabilistyka odgrywa w grach losowych ogromną rolę, gdyż pomaga w oszacowaniu swoich szans na wygranie oraz zaplanowanie najefektywniejszej strategii gry. Można w ten sposób unikać grania w gry, w który z góry jesteśmy skazani na porażkę. W pracy zajmuję się grami Penney'a, które są szczególnym przypadkiem gier opartych na wielokrotnym rzucie symetryczną monetą. Polegają na oczekiwaniu na serię orłów i reszek. Rozważane przykłady ilustruję aplikacjami mojego autorstwa: „Ryzykancki hazard” oraz trzema wersjami programu „Gry Penney'a” (dwoma dla systemu Android i jedną dla systemu Windows). Programy te symulują przeprowadzanie rozważanych gier i pokazują w przybliżeniu prawdopodobieństwo wystąpienia odpowiednich wyników. 4
  • 6. 1. Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna Nieskończona, przeliczalna przestrzeń probabilistyczna określa taki rodzaj doświadczeń losowych, dla których zbiór wyników jest nieskończony i przeliczalny. Przykładem takiego doświadczenia losowego jest powtarzanie rzutu monetą na płaską powierzchnię do momentu uzyskania orła. 1.1. Definicja nieskończonej przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej Niech D będzie doświadczeniem losowym, którego wszystkie możliwe wyniki tworzy zbiór Ω nieskończony i przeliczalny, taki że Ω={ω1, ω2, ω3, ...} . Jeżeli funkcja p przypisuje każdemu elementowi ωi zbioru  liczbę p(ωi)≥0 i p(ω1)+ p(ω2)+ p(ω3)+ ...=1 , to funkcję p nazywamy rozkładem prawdopodobieństwa na nieskończonym zbiorze  , a parę (Ω, p) - nieskończoną przestrzenią probabilistyczną. Warto zauważyć, że p1, p2 , p3,... nie mogą być sobie równe. Gdyby tak było, to istniała taka liczba a∈[0,1] , że p1= p2=p3=...=a . Wobec tego ∑ 1 ∞ pn=aaa...=∞ , gdyż nie jest spełniony warunek konieczny zbieżności szeregów. Wynika z tego, że w przestrzeni nieskończonej, przeliczalnej nie istnieje rozkład klasyczny. 1.2. Prawdopodobieństwo w przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej Jeżeli  , p jest przestrzenią probabilistyczną opisującą doświadczenie D. To zdarzeniem A tej przestrzeni nazywamy każdy podzbiór zbioru  , a prawdopodobieństwem zdarzenia A nazywamy funkcję P określoną następująco: P( A)= ∑ ωi ∈A p(ωi) 1.3. Przykłady Przykład 1 Doświadczenie losowe D polega na rzucaniu symetryczną monetą, tak długo, aż wypadnie orzeł. Z jakim prawdopodobieństwem stanie się to w dziesiątym rzucie monetą? Z jakim najpóźniej w piątym rzucie? Z jakim po trzecim rzucie? Zbiór wyników tego doświadczenia ma postać: Ω={o,ro ,rro ,rrro ,rrrro ,...} 5
  • 7. Każdemu elementowi zbioru Ω przypisujemy liczbę w sposób przedstawiony w poniższej tabeli. n 1=o 2=ro 3=rro ... n pn 1 2 1 2 2 = 1 4 1 2 3 = 1 8 ... 1 2 n Każda liczba pn jest nieujemna. Obliczmy sumę ich wszystkich. Elementy szeregu ∑ 1 ∞ pn tworzą wyrazy ciągu geometrycznego o wyrazie początkowym a1= 1 2 i ilorazie q= 1 2 . Wówczas: ∑ 1 ∞ pn= a1 1−q = 1 2 1− 1 2 = 1 2 ⋅2=1 Rozkład prawdopodobieństwa został więc dobrze określony. Określmy zdarzenie A jako wylosowanie orła w dziesiątym rzucie. Wówczas: A={rrrrrrrrro} Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa: PA= prrrrrrrrro=1 2  10 = 1 1024 Określmy zdarzenie B jako wylosowanie orła najpóźniej w piątym rzucie. Wówczas: B={r ,ro ,rro ,rrro ,rrrro} Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa: PB= popro prro prrroprrrro= 1 2  1 4  1 8  1 16  1 32 = 31 32 Określmy zdarzenie C jako wylosowanie po trzecim rzucie. Wówczas: C={rrro ,rrrro ,rrrrro,...} Stąd zgodnie z definicją prawdopodobieństwa oraz twierdzeniu o prawdopodobieństwie zdarzenia przeciwnego: P(C)=1−P(C' ) , gdzie C '={o,ro ,rro} Wówczas: P(C)=1−( p(o)+ p(ro)+ p(rro))=1−(1 2 + 1 4 + 1 8 )=1− 7 8 = 1 8 6
  • 8. Przykład 2 Masz jednego dolara, a potrzeba ci pięć. Możesz to osiągnąć w sprawiedliwej grze. Decydujesz się na „ryzykancką strategię”: w każdej rundzie stawiasz tyle ze swojego dotychczasowego majątku, aby w razie wygranej być najbliżej osiągnięcia celu tj. zdobycia pięciu dolarów. Jakie jest prawdopodobieństwo wygrania w tej grze? Doświadczeniem losowym będzie tu udział w sprawiedliwej grze, w której zawodnik może albo wygrać postawioną przez siebie kwotę, albo ją przegrać. Gra będzie się toczyć do momentu wygrania przez zawodnika pięciu dolarów lub przegrania wszystkich pieniędzy. Zauważmy, że tę grę możemy przedstawić jako losowe błądzenie po grafie stochastycznym, przedstawionym na rysunku 1.1, które zaczyna się w stanie 1, a kończy w 0 (przegrana) lub 5 (wygrana). Rys. 1.1. Graf stochastyczny przedstawiający grę Ryzykancki Hazard Do symulacji tego doświadczenia można użyć programu „Ryzykancki Hazard” stworzonego przez autora w środowisku programistycznym Scratch. Program pozwoli w przybliżeniu obliczyć prawdopodobieństwa wygrania pięciu dolarów i przegrania wszystkich pieniędzy. Program po uruchomieniu ukazuje problem postawiony w treści Przykładu 2. Aby rozpocząć grę, należy wpisać literę „t” i nacisnąć klawisz „Enter”. Ilość wygranych (pionek na polu 5) i przegranych (pionek na polu 5) jest zliczana w polach u góry ekranu (rys. 1.2). 7
  • 9. Rys. 1.2. Ekran startowy programu „Ryzykancki hazard” Po ukończeniu losowania program zadaje pytanie, czy ma rozpocząć kolejne. W ten sposób można przeprowadzić dowolną liczbę losowań, obserwując jednocześnie drogi, jakimi pionek podąża do pola 0, czy 5. Przeprowadźmy dwadzieścia losowań (rys. 1.3). Rys. 1.3. Wynik dwudziestokrotnego przeprowadzenia losowania Po przeprowadzeniu dwudziestu losowań widać, że częstości wygranych i przegranych nie są do siebie zbliżone. Spróbujmy przeprowadzić sto losowań (rys. 1.4). 8
  • 10. Rys. 1.4. Wynik stukrotnego przeprowadzenia losowania Sto przeprowadzonych losowań (wynik na rysunku 1.4) pozwala zauważyć, że częstości wciąż nie są do siebie zbliżone. Można w tym momencie postawić hipotezę, że prawdopodobieństwo wygrania w „Ryzykanckim hazardzie” jest cztery razy mniejsze niż prawdopodobieństwo przegrania. Warto zauważyć jednak, że ze względu na niewielką liczbą losowań, hipoteza może być postawiona błędnie. Należy ją w takim razie potwierdzić lub zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego. Z grafu przedstawionego na rysunku 1.1 łatwo można odczytać, iż rozważamy doświadczenie losowe z nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej, a zbiór wyników tego doświadczenia ma postać: ={10,120,1245,12435,124310,1243120,12431245,124312435,1243124310...} Zauważmy, że w kolejnych wynikach gry powtarza się cykl 1243. Określmy zdarzenie A jako wygranie pięciu dolarów. Wówczas zdarzeniu A możemy przyporządkować następujący zbiór zdarzeń mu sprzyjających: A={1245,12435,12431245,124312435,...} Stąd: PA= p1245p12435p12431245p124312435... Korzystając z rozkładu prawdopodobieństwa przedstawionego na grafie stochastycznym, mamy: PA=1 2 3 1 2 4 1 2  7 1 2  8 ...=∑ 1 ∞ 1 2  4n−1 ∑ 1 ∞ 1 2 4n 9
  • 11. Korzystając ze wzoru na sumę szeregu geometrycznego, otrzymujemy: PA= 1 8 1−1 2 4  1 16 1−1 2 4 = 1 8 ⋅ 16 15  1 16 ⋅ 16 15 = 1 5 Hipoteza wysunięta po analizie wyniku przedstawionego przez program została potwierdzona. Aplikacja nawet dla tak małej liczby przeprowadzonych prób podała częstości wystąpień poszczególnych wyników z dobrym przybliżeniem. 2. Gry losowe Penney'a Innymi przykładami doświadczeń losowych są gry Penney'a, nazwane tak od nazwiska Waltera Penney'a. W owej grze uczestniczy dwóch graczy A i B, nazywanych dalej jako Arek i Bartek. Toczą ze sobą potyczkę polegającą na rzucaniu symetryczną monetą tak długo aż wypadnie seria orłów i reszek przypisana do któregoś z graczy. Doświadczenie losowe danej gry Penney'a jest czekaniem na jedną z dwóch serii orłów i reszek: a lub b. Oznaczamy je jako a−b . Model tego doświadczenia losowego jest nieskończoną przestrzenią probabilistyczną. Z doświadczeniem losowym δa−b zwiążemy dwa zdarzenia, wzajemnie przeciwne, których zbiór wyników jest zbiorem nieskończonym i przeliczalnym: • A – uzyskanie serii a, • B – uzyskanie serii b. W grze losowej Penney'a zwycięży Arek, gdy zajdzie zdarzenie A, a Bartek, gdy zajdzie zdarzenie B. Rozstrzyganie sprawiedliwości danej gry losowej sprowadzi się wówczas do obliczenia prawdopodobieństw zdarzeń A i B w nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej. O problemach związanych z grami losowymi, w których mamy do czynienia z serią orłów lub reszek długości 2, można przeczytać w interesującym artykule Macieja Majora i Barbary Nawolskiej pt.: „Gry Penney'a jako źródło pojęć probabilistycznych dla uczniów”. W swojej pracy rozpatruję gry losowe, w których serie złożone są z z trzech orłów lub reszek. 10
  • 12. 2.1. Przykłady Przykład 1 Rzut monetą będzie powtarzany tak długo, aż po reszce dwa razy pod rząd wypadanie orzeł (...roo) – i wtedy zwycięża Arek, albo gdy po dwu orłach pod rząd wypadnie reszka (...oor) – i wtedy zwycięża Bartek. Czy jest to gra sprawiedliwa? Warto zauważyć, iż jest to gra Penney'a. Doświadczeniem losowym będzie rzut symetryczną monetą. Doświadczenie powtarzamy tak długo, aż uzyskamy serię oor albo roo. Z faktu iż wyniki oor i roo są symetryczne, można intuicyjnie wnosić, że prawdopodobieństwo wygrania gry przez Arka będzie identyczne, jak Bartka, a więc, że gra będzie sprawiedliwa. Problem postawiony w zadaniu możemy zilustrować aplikacją przeprowadzającą odpowiednie doświadczenie losowe. Wykorzystamy w tym celu program „Gry Penney'a” stworzony przez autora i przeznaczony dla systemu Android. Program pozwala na ustalenie dowolnych dwóch, ale różnych od siebie, kombinacji orłów (O) i reszek (R) – możliwych wyników danego doświadczenia losowego. Robi się to naciskając na guziki z literami „O” i „R” umieszczone przy wybranym wyniku przeprowadzanej gry. Kliknięcie guzika „Czyszczenie” sprawi, że pole z wpisywanym wynikiem stanie się puste. Dla zilustrowania przykładu ustalamy wyniki na roo i oor (rys. 2.1). Rys. 2.1. Aplikacja z wpisanymi seriami oor i roo, kończącymi daną grę. Aplikacja pozwala na ustalenie liczby gier jaka zostanie przez nią przeprowadzona. Robimy to, wpisując w polu oznaczonym jako „Liczba gier” wybraną przez siebie wartość. Ustalimy 11
  • 13. przeprowadzenie stu gier losowych. Po dokonaniu tej czynności należy wcisnąć przycisk „Graj”, by przeprowadzić żądaną liczbę gier losowych Penney'a. Wynik powinien pojawić się po chwili (rys. 2.2), która będzie uzależniona od wielkości wpisanej liczby. Rys. 2.2. Wynik stukrotnego przeprowadzenia zaplanowanej gry Program zapisuje wyniki w tabeli. Przedstawia zarówno liczbę wylosowanych serii kończących daną grę Penney'a, jak i częstość występowania owych wyników. Pod tabelą znajduje się diagram obrazujący graficznie częstość występowania danych wyników (kolor niebieski – wynik nr 1, kolor czerwony – wynik nr 2). Po przeprowadzeniu stu gier widać, że częstości występowania wyników nie są do siebie zbliżone. Spróbujmy powtórzyć grę tysiąc razy (rys. 2.3). 12
  • 14. Rys. 2.3. Przeprowadzenie tysiąca gier Tysiąc przeprowadzonych gier losowych pozwala zauważyć, że częstości wciąż nie są do siebie zbliżone i rozkładają się podobnie jak po przeprowadzeniu stu prób. Może to jednak ciągle być spowodowane dość niewielką liczbą gier. Spróbujmy zagrać sto tysięcy razy, by zobaczyć, czy coś zmieni się w częstości występowania poszczególnych serii (rys. 2.4). Rys. 2.4. Przeprowadzenie stu tysięcy gier Po przeprowadzeniu stu tysięcy gier widać, że częstość serii roo jest około trzy razy większa niż oor – podobnie jak miało to miejsce w przypadku stu i tysiąca gier. Na tej podstawie można wysunąć hipotezę, iż Arek ma trzy razy większe szanse na wygraną niż Bartek. Jest to jednak tylko 13
  • 15. przypuszczenie, które należy potwierdzić lub zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego. Zauważmy, że tę grę możemy przedstawić jako losowe błądzenie po grafie stochastycznym, przedstawionym na rysunku 2.5, które zaczyna się w stanie s, a kończy w oor albo roo. Rys. 2.5. Graf stochastyczny przedstawiający daną grę losową Penney'a Z grafu na można zauważyć, iż przestrzeń probabilistyczna dla tego doświadczenia losowego jest nieskończona, przeliczalna. Zbiór wyników tego doświadczenia możemy zapisać jako: ={oor ,roo ,ooor ,rroo ,oroo ,oooor ,rrroo ,orroo ,roroo ,...} Określmy zdarzenia A i B następująco: • A – grę wygra Arek (gra zakończy się serią roo), • B – grę wygra Bartek (gra zakończy się serią oor). Zdarzenia A i B można odpowiednio zapisać: • A={roo ,oroo ,rroo ,ororoo ,orrroo ,rroroo ,rorroo ,rrrroo,...} , • B={oor ,ooor ,oooor ,...} . Zaczniemy od obliczenia prawdopodobieństwa zdarzenia B. Z definicji prawdopodobieństwa w nieskończonej, przeliczalnej przestrzeni probabilistycznej mamy: P(B)=ω(oor)+ ω(ooor)+ ω(oooor)+ ... = 1 8 + 1 16 + 1 32 + ... 14
  • 16. Korzystając, ze wzoru na sumę szeregu geometrycznego o wyrazie początkowym 1 8 i ilorazie 1 2 otrzymujemy: PB= 1 8 1− 1 2 = 1 8 ⋅ 2 1 = 1 4 Ponieważ zdarzenia A i B są przeciwne, to korzystając z odpowiedniego twierdzenia mamy: P( A)=1−P(B)=1− 1 4 = 3 4 Prawdopodobieństwo zdarzenia A jest trzy razy większe niż zdarzenia B. Gra nie jest więc sprawiedliwa, wbrew temu co podpowiadała intuicja. Okazało się natomiast, że stworzony przez autora program był przydatny, gdyż na podstawie wyników przeprowadzonych przez niego symulacji poprawnie odczytaliśmy prawdopodobieństwo zakończenia gry serią oor lub roo. Przykład 2 Rzut monetą będzie powtarzany tak długo, aż wypadnie seria oor – i wtedy zwycięża Arek, roo – zwycięża Bartek, albo oro – zwycięży Czarek. Który gracz będzie miał największe szanse, na wygranie, a który najmniejsze? Problem postawiony w powyższym zadaniu jest rozwinięciem idei gier Penney'a, polegającym na zwiększeniu liczby serii kończących grę z dwóch do trzech. Doświadczeniem losowym będzie rzut symetryczną monetą. Będzie on powtarzany tak długo, aż uzyskamy serię oor, roo lub oro. Zagadnienie, analogicznie jak we wcześniejszym przykładzie, można zilustrować aplikacją przeprowadzającą odpowiednie doświadczenie losowe. Wykorzystamy w tym celu program „Gry Penney'a” stworzony przez autora, lecz tym razem przeznaczony dla systemu Windows (rys. 2.6). 15
  • 17. Rys. 2.6. Ekran startowy programu Gry Penney'a dla systemu Windows Na początek przeprowadźmy sto gier. W tym celu należy wpisać liczbę 100 w polu „Liczba gier” i wcisnąć przycisk „Graj” (rys. 2.7). Wynik, po chwili, pojawi się w tabeli w prawej części okna aplikacji. Częstość wystąpień poszczególnych serii zostanie odwzorowana w diagramie słupkowym. Kolory słupków – czerwony, zielony i niebieski – odpowiadają odpowiednio częstości wystąpień pierwszego, drugiego i trzeciego wyniku. Rys. 2.7. Wynik stukrotnego przeprowadzenia gry losowej Po przeprowadzeniu stu gier widać, że częstości wystąpień poszczególnych wyników nie są do siebie zbliżone. Spróbujmy powtórzyć grę sto tysięcy razy (rys. 2.8). 16
  • 18. Rys. 2.8. Wynik przeprowadzenia doświadczenia losowego sto tysięcy razy Sto tysięcy przeprowadzonych gier pozwala zauważyć, że częstości wciąż nie są do siebie zbliżone. Widać jednak, że wyniki prezentują się zupełnie inaczej niż po przeprowadzeniu stu gier. Zobaczmy jak będą wyglądały częstości po przeprowadzeniu dziesięciu milionów gier (rys. 2.9). Rys. 2.9. Wynik przeprowadzenia dziesięciu milionów gier losowych Po przeprowadzeniu dziesięciu milionów gier widać, że wyniki oor, roo występują częściej niż wynik oro. Mając na uwadze Przykład 1. zauważmy, że częstość serii oor powinna była wynieść 1 4 . Możemy więc podejrzewać, że program źle losuje orły i reszki. Sprawdźmy to, wykonując sto milionów rzutów monetą (rys. 2.10). 17
  • 19. Rys. 2.10. Sto milionów rzutów monetą. Test sprawdzający napisaną przez autora aplikację pozwala zauważyć, że częstości wystąpień orła i reszki nie są sobie równe, ani nawet bliskie. Zafałszowane wyniki tego doświadczenia są najprawdopodobniej winą generatora liczb pseudolosowych, z którego aplikacja korzysta. Stąd też częstość wystąpień serii oor nie pokrywa się z tą wyliczoną w Przykładzie 1. Powróćmy teraz do aplikacji stworzonej dla systemu Android, z której korzystaliśmy w Przykładzie 1., gdyż jej wyniki pokrywały się z późniejszymi wyliczeniami matematycznymi (rys. 2.11). Rys. 2.11. Okno aplikacji stworzonej dla systemu Android z wpisanymi seriami kończącymi grę. 18
  • 20. Ustalmy przeprowadzenie stu gier losowych (rys. 2.12). Analogicznie jak we wcześniejszych przykładach, wciśnięcie przycisku „Graj” rozpoczyna proces losowania. Rys. 2.12. Wynik stukrotnego powtórzenia gry losowej z trzema seriami. Wyświetlony wynik stukrotnego losowania jest zupełnie inny niż analogiczny, w aplikacji przeznaczonej dla systemu Windows (rys. 2.7). Spróbujmy powtórzyć grę tysiąc razy (rys. 2.13). Rys. 2.13. Wynik tysiąckrotnego powtórzenia gry losowej z trzema seriami Tysiąc przeprowadzonych gier losowych pozwala zauważyć, że częstości poszczególnych serii nie są do siebie zbliżone. Spróbujmy zagrać sto tysięcy razy, by zobaczyć, czy coś zmieni się w częstości występowania poszczególnych serii (rys. 2.14). 19
  • 21. Rys. 2.14. Wynik po stu tysiącach losowań Po przeprowadzeniu stu tysięcy gier widać, że częstość serii oor jest około trzy razy mniejsza niż suma częstości serii roo i oro. Zgadza się to z wyliczeniami dokonanymi w Przykładzie 1. Mając na uwadze to, że stworzona aplikacja dla systemu Android posiada dobry generator liczb pseudolosowych, możemy odpowiedzieć na pytanie postawione w treści zadania, że największe szanse na wygranie ma Bartek, a najmniejsze Arek. Jest to jednak hipoteza, którą należałoby potwierdzić lub zaprzeczyć na drodze rozumowania matematycznego. Obliczenie dokładnego prawdopodobieństwa wygrania gry przez Bartka i Czarka jest jednak bardzo kłopotliwe i praktycznie nie do wykonania. Można w tym przypadku korzystać z odpowiednich twierdzeń dotyczących procesów stochastycznych, ale to wykracza poza ramy niniejszej pracy. 20
  • 22. Literatura Major. M, Nawolska B., 2003, Gry Penney'a jako źródło pojęć probabilistycznych dla uczniów, [w:] http://math.ku.sk/data/konferenciasub/pdf2003/MajorNawolska.pdf [dostęp: 03.05.2011]. Płocki A.: 2004, Prawdopodobieństwo wokół nas. Rachunek prawdopodobieństwa w zadaniach i problemach, Dla szkoły, Wilkowice. Engel A.: 1976, Abak probabilistyczny, [w:] Matematyka. 21