Математичні парадокси

Словник / Незалежність

Словник · незалежність

Після п'яти орлів поспіль решка «на черзі»?

18 серпня 1913 року в казино Монте-Карло кулька рулетки 26 разів поспіль зупинилася на чорному. Що довше тривала серія, то певніші були гравці, що ось-ось має випасти червоне, і то більше на нього ставили. Вони програли чималі гроші. Рулетка не пам'ятає попередніх обертів, і монета теж. Це і є незалежність: минуле не змінює шансів майбутнього.

На пальцяхкартинки, аналогії, маленькі числа

Шар «На пальцях» приховано на всіх задачах.

Парадокс монети без пам'яті

Підкидаємо монету багато разів. Щоразу, коли перед кидком випало кілька орлів поспіль, записуємо, що випаде далі. Якби решка справді була «на черзі», права колонка була б вищою.

Усього кидків–
Кидків після такої серії–
Далі випала решка–

А в колоди карт пам'ять є

Інша гра: тягнемо карти з перетасованої колоди й не кладемо назад. Якщо перші кілька карт червоні, червоних у колоді лишилося менше, ніж чорних. Тут наступна карта справді «пам'ятає» попередні, і шанс червоної падає.

Колод перетасовано–
Колод з таким початком–
Наступна знову червона–

Строготаблиці, графіки, формули

Шар «Строго» приховано на всіх задачах.

Визначення на одному кубику

Дві події незалежні, якщо знання про одну не змінює шансів другої. Формально:

P(A і B) = P(A) · P(B)

Киньмо один кубик. A — «випало парне» (2, 4, 6), шанс ½. B — «випало 1 або 2», шанс ⅓. Обидві події разом — це лише двійка, шанс ⅙ = ½ · ⅓. Отже, A і B незалежні, хоча це той самий кидок: знаючи, що випало 1 або 2, ви досі маєте рівно половину шансів на парне. А от C — «випало 1, 2 або 3», шанс ½. A і C разом — знову лише двійка, ⅙, але ½ · ½ = ¼. Ці події залежні: якщо відомо, що випало щонайбільше 3, парне має вже тільки третину шансів.

Спробуйте: двоє сусідів і погода

Двоє сусідів не домовляються між собою. Кожен бере парасольку приблизно в третині днів. То, може, обидва беруть разом у ⅓ · ⅓ ≈ 11% днів? Ні: обох штовхає дощ. Кожна клітинка — один день із тисячі: кольорова — парасольки в обох, сіра — лише в одного.

Кожен бере парасольку–
Якби незалежно: добуток–
Насправді обидва разом–

Модель: дощ у 30% днів; у дощ кожен бере парасольку з шансом 90%, у суху погоду 10%. Разом це 34% днів на кожного.

Коли незалежності немає

  • Спільна прихована причинаДощ для парасольок, криза для боргів, спека для морозива. Події не впливають одна на одну, а все одно ходять разом.
  • Люди дивляться одне на одногоПокупці, виборці, інвестори часто роблять те, що й сусіди. Тисяча відповідей у соцмережі — це не тисяча незалежних думок.
  • Погода й інші процеси з інерцієюЗавтрашня погода частіше схожа на сьогоднішню, ніж ні. Дні йдуть не як кидки монети.
  • Вибір без поверненняКарти з колоди, кульки з урни, люди з малої групи: кожен вибір змінює те, що лишилося.
  • А де вона справді єЧесна монета, кубик, оберти рулетки, окремі лотерейні тиражі. Тут минуле нічого не каже про наступну спробу.

Множити можна лише незалежне: справа Саллі Кларк

У 1999 році у Великій Британії юристку Саллі Кларк засудили за вбивство двох її немовлят, які померли один за одним. Педіатр Рой Мідоу заявив у суді, що шанс двох раптових дитячих смертей в одній благополучній сім'ї — 1 на 73 мільйони. Він узяв оцінку для однієї смерті, 1 на 8 543, і помножив її саму на себе.

  • Помилка перша: смерті не незалежніДіти однієї сім'ї мають спільні гени й живуть в одних умовах. Якщо одна така смерть уже сталася, шанс другої значно вищий за 1 на 8 543, і множити не можна.
  • Помилка друга: рідкість ще не провинаНавіть мале число — це шанс збігу, а не шанс невинуватості. Подвійне вбивство немовлят — теж украй рідкісна подія, і порівнювати треба два пояснення між собою.
  • Чим закінчилосяКоролівське статистичне товариство 2001 року публічно заявило, що число не має статистичного обґрунтування. У 2003 році вирок скасували. Саллі Кларк померла 2007 року; ця справа досі нагадує, яку ціну може мати помилка в ймовірностях.
Глибшеузагальнення, теорія, історія

Шар «Глибше» приховано на всіх задачах.

Правило добутку і (½)ⁿ

P(A₁ ∩ … ∩ Aₙ) = P(A₁) · … · P(Aₙ) · P(n орлів поспіль) = (½)ⁿ

П'ять орлів поспіль, якщо дивитися наперед, — рідкість: (½)⁵ = 1/32, близько 3%. Але після чотирьох уже випалих орлів п'ятий має шанс P(5 | 4) = (1/32) / (1/16) = ½. Рідкісною була вся серія, а не останній кидок. У першій симуляції серія з – орлів перед кидком трапилася в частці – усіх кидків, а формула (½)ᵏ дає –. Так само в Монте-Карло: 26 чорних поспіль на рулетці з 18 чорними секторами з 37 мають шанс (18/37)²⁶, приблизно 1 на 137 мільйонів, якщо рахувати наперед. А шанс 27-го чорного після 26 — ті самі 18/37, близько 49%.

Попарно незалежні, але не разом

Киньмо дві монети. A — «перша орел», B — «друга орел», C — «обидві однакові». У кожної події шанс ½. Будь-які дві з них незалежні: наприклад, A і C разом означає «обидві орли», ¼ = ½ · ½. Але всі три разом — теж лише «обидві орли», ¼, а не ½ · ½ · ½ = ⅛. Знаючи A і B, ви точно знаєте C.

МонетиABC
О О✓✓✓
О Р✓··
Р О·✓·
Р Р··✓

Тому незалежність кількох подій означає більше, ніж незалежність кожної пари: правило добутку має справджуватися для будь-якого їх набору.

Незалежність і нульова кореляція — не одне й те саме

Якщо дві величини незалежні, кореляція між ними нульова. Навпаки не працює. Нехай x рівномірно розкидане від −1 до 1, а y = x². Кореляція точно нуль, бо права половина параболи піднімається, а ліва опускається. Проте y повністю визначене через x: знаючи x, ви знаєте y без жодної похибки. Кореляція бачить лише прямолінійний зв'язок, а незалежність вимагає, щоб зв'язку не було ніякого.

Де це трапляється

Інші терміни