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Bernoulli y binomial: ensayos con dos resultados

Apuntes, tema 3 · 3.1.1 y 3.1.2: Bernoulli y binomial; asociación con ejercicios 2.4 y 2.6Abrir el PDF en la página 1

Objetivos de la lección

  • Distinguir el indicador de un ensayo del número de éxitos.
  • Justificar los supuestos de una binomial.

Apartado 1 de 3

De un indicador a un recuento fijo

Transcripción

Hola, empecemos por una sola semilla: el indicador i vale uno si germina y cero si no, y esos son sus únicos valores posibles.

Vamos a distinguir ese resultado individual del recuento de un lote de tres.

El indicador registra qué ocurrió en una semilla; todavía no estamos contando todo el lote.

Llamamos pe a la probabilidad de germinar: el uno recibe masa pe y el cero, uno menos pe, porque son resultados complementarios.

Eso define una Bernoulli.

Éxito solo nombra el resultado que decidimos contar; pe puede ir de cero a uno, incluidos los casos seguros.

Ahora equis cuenta las germinaciones de las tres semillas.

Sumamos los indicadores porque cada germinación aporta exactamente una unidad y cada fracaso ninguna.

El recuento va de cero a tres.

Será binomial si fijamos esos tres ensayos antes de observarlos, son independientes y comparten la misma pe.

Tomemos pe una mitad y pidamos exactamente dos germinaciones.

No basta mirar un orden: pueden germinar las dos primeras, la primera y la última, o las dos últimas.

Los patrones uno uno cero, uno cero uno y cero uno uno son distintos, pero todos dan equis dos.

La independencia permite multiplicar tres probabilidades de una mitad, por eso cada patrón pesa un octavo.

Como los tres patrones son incompatibles, sus probabilidades se suman: tres por un octavo da tres octavos.

Esta es la probabilidad del recuento dos, no de un orden particular.

Palabras y símbolos de esta lección​

n, p, k, r · Ensayos y éxitos

Se lee: ene; pe; ka; erre.

n suele contar ensayos; p es la probabilidad del resultado que llamamos éxito; k es el recuento preguntado; r puede ser una meta de éxitos. Cada enunciado fija su uso.

Ejemplo: En diez semillas, n = 10; si germina una de cada cuatro, p = 0,25.

C(n,k), binom(n,k) · Combinaciones

Se lee: ene sobre ka; combinaciones de ene elementos tomados de ka en ka.

Cuenta grupos de k elementos elegidos de n sin repetir y sin distinguir el orden. La notación vertical de dos números no es una fracción.

Ejemplo: De A, B y C salen tres parejas: AB, AC y BC.

x², x³ · Potencia

Se lee: x al cuadrado; x al cubo.

El exponente indica cuántas veces multiplicamos la base por sí misma. Un exponente cero da uno si la base no es cero.

Ejemplo: 3² = 3 × 3 = 9; 10³ = 1.000.

P(A), P(X ≤ x) · Probabilidad

Se lee: probabilidad de A; probabilidad de que X sea menor o igual que x.

P aplica una probabilidad a la condición escrita entre paréntesis. El resultado va de cero a uno.

Ejemplo: P(germinar) = 0,25 equivale al 25 %.

E[X], μ · Esperanza o media del modelo

Se lee: esperanza de equis; mu.

Promedia los valores posibles dando más peso a los más probables. No obliga a que ese valor aparezca en una observación.

Ejemplo: Cero o cuatro células con igual probabilidad dan media dos.

Var(X), σ², σ · Varianza y desviación típica

Se lee: varianza de equis; sigma al cuadrado; sigma.

La varianza promedia distancias a la media elevadas al cuadrado. Su raíz, la desviación típica, expresa la dispersión en las unidades originales.

Ejemplo: Desviación 3 mm significa varianza 9 mm².

¿Cómo modelamos cuántas semillas germinan?​

En un ensayo con una semilla llamamos éxito a germinar y fracaso a no germinar. Son etiquetas, no juicios de valor. Una Bernoulli registra uno o cero para ese ensayo. Una binomial suma los éxitos de un número fijo de ensayos.

Para usar una binomial necesitamos ensayos independientes y la misma probabilidad p en todos. n cuenta las semillas y k las germinaciones que preguntamos. Compartir maceta o mezclar condiciones puede romper esas hipótesis: la fórmula no las garantiza.

De un ensayo a varios​

Una Bernoulli registra uno si ocurre el suceso elegido y cero si no. La palabra éxito solo etiqueta el suceso contado; no expresa una valoración biológica. Su parámetro es la probabilidad de ese suceso. La binomial cuenta éxitos en un número fijo de ensayos independientes con la misma probabilidad.

El coeficiente binomial cuenta qué posiciones pueden ser éxitos. Cada secuencia de posiciones tiene una probabilidad dada por el producto de las probabilidades de éxito y fracaso. Se suman las secuencias equivalentes para obtener la masa del recuento. La independencia y la constancia de la probabilidad explican ese producto; no son detalles opcionales.