Feladat: Pontversenyen kívüli P.161 Korcsoport: 18- Nehézségi fok: -
Megoldó(k):  Kiss E. ,  Kollár János ,  Veres S. 
Füzet: 1974/május, 213 - 215. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Szélsőérték differenciálszámítással, Számtani-mértani egyenlőtlenségek, Események algebrája, Valószínűségszámítás - Statisztika, Pontversenyen kívüli probléma
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1973/január: Pontversenyen kívüli P.161

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Jelöljük a vizsgált kifejezést p(A1,A2,A3,A4)-gyel, röviden p-vel. Ha az Ai események függetlenek, akkor p=0, p maximumának emiatt pozitív, minimumának negatív számot várunk. Mivel az események valószínűsége 0 és 1 közötti szám (a határokat is beleértve), mindkét szélső érték abszolút értéke legfeljebb 1 lehet.
Maximumot úgy kapunk, ha a B=A1A2A3A4 esemény valószínűsége nagy, és az S=P(A1)P(A2)P(A3)P(A4) szorzat kicsi. Határozzuk meg először rögzített B mellett az S szorzat minimumát. Mivel B maga után vonja. Ai-t, P(B)P(Ai)(i=1,2,3,4), és így S[P(B)]4. Itt az alsó határ elérhető, mégpedig az Ai=B(i=1,2,3,4) helyettesítéssel. Elegendő tehát az
f(x)=x-x4
függvénynek a 0x1 szakasz feletti maximumát meghatározni. A függvény deriváltja eltűnik:
f'(x)=1-4x3=0,
ha x3=14, ekkor
f(x)=x(1-x3)=34143=0,4725.

Minimumot úgy kapunk, ha P(B) kicsi, és S nagy. Az első bőségesen teljesül, ha B a lehetetlen esemény, ekkor várhatóan akkor legnagyobb az S, ha a teljes eseménytér mindegyik eseménye pontosan háromban van benne az Ai események közül, azaz P(Ai)=34(i=1,2,3,4) és ekkor p=-(34)4=-0,3164.
Ezt úgy lehet elérni, hogy felbontjuk az eseményteret négy egyenlő valószínüségű részre, jelöljük e részeket Ci-vel, és ezekkel az Ai-ket a következő módon definiáljuk:
A1=C1+C2+C3,A2=C1+C2+C4,A3=C1+C3+C4,A4=C2+C3+C4.



Legyen általában P(B)=x0, és határozzuk meg S maximumát. Akkor
1-x=P(B¯)=P(A¯1+A¯2+A¯3+A¯4)P(A¯2)+P(A¯2)+P(A¯3)+P(A¯4).
Célszerű emiatt S-et is az A¯i eseményekkel előállítani:
S=[1-P(A¯1)][1-P(A¯2)][1-P(A¯3)][1-P(A¯4)].
A számtani és mértani közép közti összefüggés szerint
S(1-P(A¯1)+P(A¯2)+P(A¯3)+P(A¯4)4)4,
és az előbbi egyenlőtlenség szerint ezt tovább növeljük, ha a második tag helyére 1-x4-et írunk:
S(1-1-x4)4=(3+x)444.

Ezek szerint ha P(B)=x, akkor
px-(3+x)444,
ami monoton nő a 0x1 szakaszon, tehát a minimuma x=0 mellett van. Ezzel beláttuk, hogy a kezdetben talált érték a p minimuma.