Skip to main content

Теория: 02 Математическое ожидание

Задание

Обычный шестигранный кубик подбрасывают один раз. Сумма выигрыша составляет столько \(\displaystyle ₿\small,\) сколько очков выпало на кубике.

Предположим, что стоимость одной игры составляет \(\displaystyle 3₿\small.\)

Какую сумму выигрыша стоит ожидать игроку, если он сыграет в данную игру \(\displaystyle 20\) раз?

10

Сколько должна стоить возможность сыграть в данную игру, чтобы ожидаемый выигрыш был равен \(\displaystyle 0₿\small?\)

3,5
Решение

Пусть cлучайная величина \(\displaystyle X\) – сумма выигрыша в одной игре.

Она может принимать каждое целое значение от \(\displaystyle 1\) до \(\displaystyle 6{\small }\) с вероятностью \(\displaystyle \frac{1}{6}{\small .}\)

Найдём ожидаемый выигрыш за \(\displaystyle 20\) игр в \(\displaystyle ₿{\small .}\)

Заметим, что в случае выигрыша некоторой суммы в одной игре, придется отдать из этой суммы \(\displaystyle 3₿{\small .}\)

Тогда случайная величина \(\displaystyle X-3\) – сумма выигрыша в одной игре с учетом уплаты \(\displaystyle 3₿{\small .}\)

Поскольку нас интересует ожидаемый выигрыш за \(\displaystyle 20\) игр, то требуется найти математическое ожидание случайной величины \(\displaystyle 20(X-3){\small .}\)


Составим таблицу значений для \(\displaystyle X{\small ,}\) \(\displaystyle X-3\) и \(\displaystyle 20(X-3){\small .}\)

Значение \(\displaystyle X\)Значение \(\displaystyle X-3\)Значение \(\displaystyle 20(X-3)\)
\(\displaystyle 1\)\(\displaystyle -2\)\(\displaystyle -40\)
\(\displaystyle 2\)\(\displaystyle -1\)\(\displaystyle -20\)
\(\displaystyle 3\)\(\displaystyle 0\)\(\displaystyle 0\)
\(\displaystyle 4\)\(\displaystyle 1\)\(\displaystyle 20\)
\(\displaystyle 5\)\(\displaystyle 2\)\(\displaystyle 40\)
\(\displaystyle 6\)\(\displaystyle 3\)\(\displaystyle 60\)

 

Составим для \(\displaystyle 20(X-3)\) таблицу распределения:
 

Значение \(\displaystyle 20(X-3)\) \(\displaystyle -40\)\(\displaystyle -20\)\(\displaystyle 0\)\(\displaystyle 20\)\(\displaystyle 40\)\(\displaystyle 60\)
Вероятность\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)


Следовательно, математическое ожидание случайной величины \(\displaystyle 20(X-3){\small }\) равно:
 

\(\displaystyle \begin{aligned}E(20(X-3))=(-40)\cdot \frac{1}{6}+(-20)\cdot &\frac{1}{6}+0\cdot \frac{1}{6}+20\cdot \frac{1}{6}+40\cdot \frac{1}{6}+60\cdot \frac{1}{6}=\\[10px]&=\frac{-40-20+0+20+40+60}{6}=\frac{60}{6}=10₿{\small .}\end{aligned}\)
 

То есть ожидаемый выигрыш за \(\displaystyle 20\) игр составит \(\displaystyle 10₿{\small .}\)

 

Найдём, сколько должна стоить возможность сыграть в данную игру один раз, чтобы ожидаемый выигрыш был равен \(\displaystyle 0₿\small.\)

Для того чтобы средний выигрыш в одной игре был \(\displaystyle 0₿{\small ,}\) нужно отдавать выигранную за эту игру сумму.

Посчитаем возможный ожидаемый выигрыш за одну игру.

Составим для случайной величины \(\displaystyle X\) таблицу распределения. Получаем:

Значение \(\displaystyle X\) \(\displaystyle 1\)\(\displaystyle 2\)\(\displaystyle 3\)\(\displaystyle 4\)\(\displaystyle 5\)\(\displaystyle 6\)
Вероятность\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)\(\displaystyle \frac{1}{6}\)


Следовательно, математическое ожидание случайной величины \(\displaystyle X\) равно

\(\displaystyle \begin{aligned}E(X)=1\cdot \frac{1}{6}+2\cdot \frac{1}{6}+3\cdot \frac{1}{6}+4\cdot \frac{5}{6}&+5\cdot \frac{1}{6}+6\cdot \frac{1}{6}=\\[10px]&=\frac{1+2+3+4+5+6}{6}=\frac{21}{6}=3{,}5₿{\small .}\end{aligned}\)

То есть в среднем выигрыш будет составлять \(\displaystyle 3{,}5₿{\small .}\)

Значит, стоимость одной игры должна составлять \(\displaystyle 3{,}5₿{\small .}\)