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好巧,我们同一天生日

2018-09-03竹林风

数学大王·趣味逻辑 2018年7期
关键词:李明悖论个数

竹林风

“丁零零……”编辑部的电话响起,小编一个箭步跑过去,拿起电话。

您好!最近,我有一个问题百思不得其解,想得头都大了一圈!

看来,您的这个问题不一般呢!您先说说吧!

事情是这样的……

原来,刘红最近快过生日了,于是她就问班长李明,自己班或者隔壁班有没有和她生日相同的同学,想一起过个生日。李明知道他们班有60名同学,而隔壁班只有23名,但是现在他手上没有花名册。

“班长!班长!别发呆啊,问你话呢!有没有和我生日相同的呀?”

“等等,我想一想。”过了一会儿,李明对刘红说,“我们班有两个人生日相同的概率很大,而隔壁班大约有50%的可能有两个生日相同的人,但是我不太确定你是不是其中一个。”

李明故作神秘,笑而不语,然后问刘红:“问你个问题。你觉得23个人中,有两个人生日相同的概率是多少?”

“,这个概率应该很小吧!”刘红说。

“哈哈,你的答案正确的概率更小。”说完,李明转身就走。

“答案不对?”刘红懵了,“班长,你去哪儿?”

“我去趟老师办公室,拿花名册。”

问题陈述完毕,众小编开始了热烈的讨论。果然是人多力量大,一会儿工夫,问题就解决了。

同天生日非天意

每个人都有生日,偶尔会遇到与自己同一天过生日的人,但在生活中,这种巧合似乎并不常有,所以你可能会觉得撞到一个人跟你同一天生日是惊天大巧合。不过从概率上来说,没准它比你想的更容易发生。

假设你在一个23人的班级里,那么你们班有两个人生日相同的概率是多少呢?(为简化问题,排除生日在2月29日。)

你也觉得是 ?那我很遗憾地告诉你,你真的错了!23人中有两个人生日相同的概率高达50%。

这是怎么推算出来的呢?

这里,我们要进行一下反概率运算,即通过计算一群人中没有生日相同的概率,来推算出我们想要的有生日相同的概率。如果我们正面硬求解的话,要推算出有两个人生日相同的概率是很困难的。而要计算出一群人中没有生日相同的概率则是非常非常容易的。

两个人生日不同,第一个同学的生日有365种选择,第二个同学的生日有364种选择,所以概率是:

×≈99.73%

同理,三个人中没有生日相同的概率是这样算的:

××≈99.18%

四个人中没有生日相同的概率是这样算的:

×××≈98.36%

…………

我们以此推算会得到什么结果呢?那就是,23人中生日各不相同的概率是:

×××…×≈49.27%

这就意味着,既然生日各不相同的概率大约是49.27%,那么至少有两个人生日相同的概率就是1-49.27%=50.73%。

我們没有算错,是我们的直觉错了!科学与生活又和我们开了个玩笑。正因为计算结果与日常经验产生了如此明显的矛盾,所以这个有趣的数学现象被称为“生日悖论”。

你也可以这样想:

把第一个人与其他22个人进行比较,而第二个人则与其他21个人进行比较(因为他们之前都已经跟第一个人比较过了),第三个人与其他20个人比较……直到倒数第二个人与最后一个人比较。将23个人之间的所有比较加起来,产生22+21+20+…+1 =23×=253(种)不同的搭配,所以产生成功匹配的生日并非不可思议。

不断增加人数

偶然事件的发生仅仅是一个概率问题,而概率并不像你所想的那么高深。“生日悖论”被众多数学家所熟知,这很容易解释。

“抽屉原理”告诉我们,在366个人里面,百分之百会有两个人的生日是同一天,因为一年只有365天啊!当然,闰年除外。

一点通

“抽屉原理”也称狄利克雷原理,由德国数学家狄利克雷明确提出,有时也被称为鸽巢原理。用形象的语言表述就是:把m个东西任意分别放进n个空抽屉里(m>n),那么一定有一个抽屉里放进了至少2个东西。比如,从1,2,…,10中任取6个数,其中至少有2个数的奇偶性不同。因为1~10中有5个奇数和5个偶数,取6个数,则有2个数的奇偶性必定不同。

当只有1个人时,概率为0%;当人数大于365时,概率是100%。于是,在1~365这个区间内,我们直觉地认为,对应的概率应该是线性地从0%增长到100%。然而,让人意想不到的是,实际上只要57个人,有两个人生日相同的概率就可以达到99%。

所以,“生日悖论”的本质就是,随着元素增多,出现重复元素的概率会以惊人的速度增长,而我们低估了它的速度。因为当看到“有人生日相同”时,我们下意识地用“与我生日相同”去推测,以致于认为概率增长为平稳增长。

怎么样?原来让我们惊叹的巧合,仅仅是一个概率问题,惊不惊喜?

其实,类似于这个问题的概率悖论还有很多,计算的结果往往和人们的预期相差甚远。所以,我们必须依靠科学的计算方法来研究问题,而不是单凭推测。

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