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概率和生日悖论

来源:


关键概念
数学
概率
统计

简介
你有没有注意到,有时候看起来有逻辑的事情,却因为一点数学知识证明为错误的?例如,你认为平均在多少人里面能找出两个人在同一天出生?由于概率,有时一件事情比我们想象的更容易发生。在这种情况下,如果你调查只有23个的任意一组人,有50-50可能性找出两个人在同一天出生。这就是生日悖论。不相信这个是真的?你可以测试一下,看看数学几率!

背景
生日悖论,也叫做生日问题,声称在随意一组23个人里,能有50%的机会找到两个人有同样的生日。这是真的吗?有许多原因让这件事情看起来是个悖论。其中一个就是,如果一个人和其他22个人待在一个房间,他或她会将其生日与其他22个人的生日相比—只有22次与别人有同一个生日的机会。
但是,当所有23个生日相互被比较,机会会多于22组。会多出来多少?那么,第一个人有22次机会,第二个人已经与第一个人进行了比较,所以他或她只有21次比较机会了。第三个人有20次比较机会,第四个人有19次比较机会,以此类推。如果你把所有可能的比较(22+21+20+19+……+1),和就是253次比较,或者组合。因此,每组23个人包含了253组比较,或者253个生日配对的机会。

材料
一组23个人或更多人(10-12组)或者有随意生日的材料来源(请参阅下面的提示准备。)
纸和钢笔或铅笔
计算器(可选)

准备
收集任意23个人或更多人的生日。理想上,你最好能有10-12组人来进行比较。(你不需要统计出生年,只是月和日。)
提示:有许多方法,可以帮助你找到一组人:让学校老师给出一个他随便一个班级里所有学生的生日(一般学校班级里有大概25个人);用一个职业篮球队里运动员的生日(可以很容易在网上找到);或者用在线资源可找到的任意一组人的生日。

过程
对每组23个或更多个生日,看看每组中是否有相同的两个。
有几组里面能够找出两个人或更多人有相同的生日?根据生日悖论,你觉得应该会有几组?生日悖论一直都正确吗?
扩展:在这个实验里,你会用到一组23个或更多人 的生日。但是,你可以用更大的组。如果你用含366个人的组—一年能有最多这些天—两个人有同一个生日的概率是100%(除了2月29号闰年出生的),但是如果一组里有60个或者75个人,你认为几率是多少?
扩展:投骰子是一个很好的分析几率的方法。你可以试着扔100次3个10边骰子和5个6边的骰子,记录每个骰子的结果。计算每组骰子加和大于18的数学概率。
(这个网站可以教你如何计算概率:甲骨文ThinkQuest概率中心)?哪一组的加和概率更高,在你投骰子时这是真的吗?

观察与结果:
是不是大概有一半的组中能够找出至少两个人生日相同?
当比较生日的概率时,更容易做到的是观察人们没有共同生日的概率。一个人的生日是365个可能性之一(除了闰年2月29日)。一个人在组里找不同人有相同生日的概率是365分之364,因为其他364天都与他/她的生日不同。这就是说,任意两个人有364/365,或99.726027%的可能性具有不同的生日。
如上面所说,在有23个人的小组里,有253个对比或者组合。所以,我们不是只看一个对比,而是253个对比。253个组合里的每一个都有相同的概率,即99.726027%不属于一个相等配对。如果你把99.726027%乘99.726027%重复253次,或者计算(364/365)的253次,你会发现253组里面没有相等配对有49.952%的可能性。因此,在这253个组合里找出有相同生日的概率是100%-49.952%=50.048%,接近一半!你试验的次数越多,越接近50%。


(翻译 刘夏,审校 王雨薇)


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