Math Is Fun Forum

  Discussion about math, puzzles, games and fun.   Useful symbols: ÷ × ½ √ ∞ ≠ ≤ ≥ ≈ ⇒ ± ∈ Δ θ ∴ ∑ ∫ • π ƒ -¹ ² ³ °

You are not logged in.

#1 2016-08-13 16:32:30

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Probability ---- consecutive individuals

10  servants  lined  up  a  queue . Boss  A  chose  randomly  5  consecutive 
( neighbouring ) of  them  and  paid  each  1  dollar . Boss  B  chose  randomly 
3  consecutive  of  them  and  paid  each  2  dollars . If  a  servant  was  chosen 
randomly  from  the  10 , find 
(1)  The  probability  that  he  received  3  dollars .
(2)  The  expected  amount  he  received .

Offline

#2 2016-08-13 21:51:21

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#3 2016-08-14 02:40:07

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#4 2016-08-14 06:28:09

bobbym
bumpkin
From: Bumpkinland
Registered: 2009-04-12
Posts: 109,606

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi mr.wong;


In mathematics, you don't understand things. You just get used to them.
If it ain't broke, fix it until it is.
Always satisfy the Prime Directive of getting the right answer above all else.

Offline

#5 2016-08-14 15:28:50

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#6 2016-08-14 16:41:02

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi  thickhead  and  bobbym ,

Both  of  you  are  right  !  The  2nd  answer  seems  quite  intuitive , it  will  be  the  same  even  if  the  servants  chosen  by  the  bosses  were  not  consecutive .
For  the  1st  question ,  I  find  it  convenient  to  use  a   6*8   determinant  (?)  to  denote  the  no.  of  servants  receiving  3  dollars  in  various  combinations  . In  general  if  Boss  A  chooses  ' a  ' consecutive  servants  while  Boss  B  chooses ' b  '  consecutive  servants , a  general  formula  for  no.  of  servants  chosen  simultaneously  could  be  derived .

Offline

#7 2016-08-14 16:49:15

bobbym
bumpkin
From: Bumpkinland
Registered: 2009-04-12
Posts: 109,606

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi;

You mean a 6 x 8 matrix?


In mathematics, you don't understand things. You just get used to them.
If it ain't broke, fix it until it is.
Always satisfy the Prime Directive of getting the right answer above all else.

Offline

#8 2016-08-15 17:02:57

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi  bobbym ,

Perhaps  matrix  will  be  a  more  correct  term .
Let  the  10  servants  be  labelled  from  S1  to  S10 . In  the  following  table ( matrix ) 
the  1st  row  denotes  the  case  for  Boss  A  to  choose  S1  to  S5  , the  2nd  row  for 
S2  to  S6 , and  so  on . Thus  there  are  10-5+1 = 6  rows . In  each  row  the  1st 
term  denotes  the  no  of  servants  receiving  3  dollars  in   the  case  for  Boss  B  to  choose  S1  to  S3  , and  there  are  min (5,3) = 3  such  servants . The  2nd  term  also  = 3  being  the  case  for  Boss  B  to  choose  S2  to  S4 , and  so  on . Thus  there  are 
10-3+ 1 = 8 terms  in  each  row .

(1) (3,3,3,2,1,0,0,0)  (totally  12  servants  receiving  $3  in the  8  cases )
(2) (2,3,3,3,2,1,0,0)  (totally  14  servants  receiving  $3  in the  8  cases )
(3) (1,2,3,3,3,2,1,0)  (totally  15  servants  receiving  $3  in the  8  cases )
(4) (0,1,2,3,3,3,2,1)  (totally  15  servants  receiving  $3  in the  8  cases )
(5) (0,0,1,2,3,3,3,2)  (totally  14  servants  receiving  $3  in the  8  cases )
(6) (0,0,0,1,2,3,3,3)  (totally  12  servants  receiving  $3  in the  8  cases )

The  grand  totality  of  servants  receiving  $3  = 82  in  the  6*8 = 48  combinations , 
thus  in  average  there  are  82/ 48 = 41/24  such  servants  in  each  case  within  the  10  servants . Therefore   for  1  servant  chosen   randomly  from  the  10  the  probability  he  received  $3 = 41/24 * 1/10 = 41/240 .

Offline

#9 2016-08-15 18:22:01

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals

I would like to show the number of combinations in which the servant in the queue is present like below.
(1,2,3,4,5,5,4,3,2,1) for boss A.
(1,2,3,3,3,3,3,3,2,1) for boss B. They are also relative probabilities.The probability of winning both tips is proportional to


Summing all and dividing by (6*8*10) gives the probability. If third boss C appears and distibutes tips to 4 consecutive servants we can show it by
(1,2,3,4,4,4,4,3,2,1) and probability can be found by multiplication of all 3.

Probability of getting all 3 tips is found by the sum of the terms divided by 6*8*7*10

Hi mr. wong,
You might have noticed that conjugate concept works here also.

Last edited by thickhead (2016-08-15 18:22:56)


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#10 2016-08-15 20:25:03

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals

We can extend the concept to n servants (n is even)with 3 bosses giving prizes to consecutive na,nb and nc servants.a<b<c<1/2. If we prepare the matrix for the number of selections each servant is involved we get a similar pattern. For A the number goes on increasing from 1 to na , then becomes constant at na till we reach halfway.we can leave the further portion as it is symmetrical. For B it increases from 1 to nb then remains constant at nb ,similarly for C upto nc. Beyond nc  it remains constant for all. the probability can be calculated as follows.

Last edited by thickhead (2016-08-15 20:57:57)


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#11 2016-08-17 17:00:37

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi  thickhead ,

It  seems  you  have  been  successful  to  find  the  isomorphism  of  the  problems   
with  segments  and  discrete  objects  for  3  variables   But  in  the  present  time 
I  will  be  more  interested  to  find  a  formula  for  2  variables  of  this  problem .
Your  way  of  analysis  is  more  suitable  to  find  such  a  formula  , therefore  I 
will  follow  your  way .
In  the  following  table   with  10  rows  and  10  columns , the  data  inside  shows 
the  no.  of  times  each  corresponding  servant  receiving  money  from  a  boss 
who  selects  k  consecutive  servants  at  a  time  after  all  the  possible  ways , where  k  varies  from  1  to  10 .

k \ r  S1 - S2 - S3 - S4 - S5 - S6 - S7 - S8 - S9 - S10 
(1)   1      1      1      1     1      1      1     1      1       1
(2)   1      2      2      2     2      2      2     2      2       1       
(3)   1      2      3      3     3      3      3     3      2       1
(4)   1      2      3      4     4      4      4     3      2       1
(5)   1      2      3      4     5      5      4     3      2       1
(6)   1      2      3      4     5      5      4     3      2       1
(7)   1      2      3      4     4      4      4     3      2       1
(8)   1      2      3      3     3      3      3     3      2       1
(9)   1      2      2      2     2      2      2     2      2       1       
(10) 1      1      1      1     1      1      1     1      1       1

The  data  inside  the  table   is  symmetric  in  both  x  and  y  axis  from  the 
middle  . For  total  no. of  servants  being  an  even  no .  10 , data  at  the  k-th 
row  will  be  increasing  from  1  to  min ( k , 11-k )  till  the  middle  , corresponding 
to  S 10/2  , i.e.  S5 .  In  general  the  value  in  k-th  row  and  r-th  column ( corresponding  to Sr ,  the  r-th  servant ) may  be  represented  by  min (  k , 11-k  , r , 11-r )  where  r  varies  from  1  to  10 .  ( If  n , the  total  no.  of  servants  is  odd , then  it  may  be  a  bit  different . )
  If  we  only  consider  for  r ≤  5 , the  expression  can  be  simplified  to  min ( k , 11-k , r ) .

For  any 1  boss  choosing  k  consecutive  servants  at  a  time  (there  are  11-k  such  cases  ),  the  total  no.  of  times  for  the  10  servants  receiving  money ,  denoted  by  x ,  =
min ( 1,10 , k , 11-k ) + min ( 2 , 9 , k , 11-k ) +.... min ( r ,11-r , k , 11-k ) + .....
  +  min ( 10, 1 , k , 11-k )   
Since  the  table  is  symmetric   between   S1  to  S5  and  S6  to  S10 , therefore  x  can  also  be  expressed  as 
2*[ min ( 1, k , 11-k ) + min ( 2 , k , 11-k ) + min ( 3 , k , 11-k ) + ..... ] (  totally  5  terms ) 

Thus  the  probability  of  a  servant  chosen  randomly  from  the  10  who  has  received  money  from  the  boss  will  be  x /  (11-k) * 10 .
Since  the  probability  can  also  be  found  directly  to  be  k / 10 ,
therefore  x = k * (11-k ) .
 
.

Last edited by mr.wong (2016-08-18 14:53:12)

Offline

#12 2016-08-18 16:54:33

thickhead
Member
Registered: 2016-04-16
Posts: 1,086

Re: Probability ---- consecutive individuals

Did not understand min ( 1,10 , k , 11-k )  1 is always minimum Isn't it? Or is 1..10  the range?


{1}Vasudhaiva Kutumakam.{The whole Universe is a family.}
(2)Yatra naaryasthu poojyanthe Ramanthe tatra Devataha
{Gods rejoice at those places where ladies are respected.}

Offline

#13 2016-08-19 16:55:42

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi  thickhead ,

The  range  of  r  varies  from  1  to  10 , thus  1  is  the  1st  term  of  r , and  10  corresponds  to 
the  1st  term  of  11-r  .
Now  for  2  variables ( bosses )  a  and  b , we  have  to  find  the  sum  of  the  10  products  of 
min ( a , 11-a , r , 11-r )  and min ( b , 11-b , r , 11-r ) . ( where  r  varies  from  1  to  10 .)  and 
then  divided  by  ( 11-a ) * (11-b ) * 10  to  yield  the  required  probability .
E.g. let  a  =  5  and  b  =  3 , then  min ( 5 , 6 , r , 11-r )  simplifies  to  min ( 5 , r , 11-r )  while 
min ( 3 , 8 , r , 11-r )  becomes  min ( 3 , r , 11-r ) .
But  it  seems  I  cannot  find  a  formula  simple  enough  for  the  total  sum , it  still  have  to 
be  calculated  1  by  1  for  each  product .
I  will  try  whether  with  the  form  as  matrix  in  # 8  ,  a  formula  can  be  obtained  or  not .

Referring  to  the  table  in  #8 ,   f( k , r )  being  the  value  at  k-th  row  and  r-th  column  can  be  found  to  be 
min [ 3 , max ( 0 , r-k+3 ) , max ( 0 , k-r+5 ) ]  where  k  varies  from  1  to  6  while  r  from  1  to  8 .
This  function  also  holds  for  n , the  total  no.  of  servants  >  10 , 
For  example , if  n  = 11 , then  k  varies  from  1  to  11-5 +1 = 7  while  r  varies  from  1  to  9 .
Thus   f (1, 9 ) = min [ 3 , max( 0, 9-1+3 ) , max( 0,1-9+5) ]
=  min ( 3 , 11, 0 ) = 0 ;
while   f ( 7 , 1 ) = min [ 3 , max ( 0 , 1-7+3) , max ( 0 , 7-1+5 )]
=  min ( 3, 0 , 11 ) = 0
and  f ( 7, 9) = min [ 3, max(0, 9-7+3), max(0,7-9+5)]
= min( 3, 5, 3) = 3 .

Offline

#14 2016-08-23 21:33:10

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

In  fact  the  product  of  min ( a, 11-a , r , 11-r )   and  min ( b , 11-b , r ,11-r ) 
(referring  to  #9 ,#11  and  # 13 )  can  further  be  simplified . Since  10  being  an 
even  no. , the  table  in  #11  is  symmetric  from  S1  to  S5   with  S6  to  S10
and  also   symmetric  between  k  and  11-k  , thus  min ( a, 11-a )  may  be 
replaced  by  a  .  Similarly  min (b ,11-b )  may  be  replaced  by  b .
Thus  we  may  only  consider  the  products  at  the  left  hand  side  and  then 
multiply  by  2 .  So  the  term  min ( a, 11-a , r , 11-r )   may  be  simplified  to 
min ( a , r )  and  min ( b , 11-b , r ,11-r )  may  be  simplified  to  min ( b , r)
Then  the  sum  of  the  original  products  = 2 * [∑ min ( a , r ) *  min ( b , r) ]
= 2 *   [∑ min ( ab , ar , br , r^2 ) ]. for  r  from  1  to  5  .
If  a = 5  and  b = 3 , then  the  expression  will  be   2 * [∑ min ( 15, , 3r , r^2 ) ].

Offline

#15 2016-08-24 22:51:01

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

In   general , let  n  be  the  total  no. of  servants  being  an 
even  no ., sum  of  the  corresponding  products  will  be 
2* ∑[ min ( ab , ar , br , r^2 ) ]  or  2* ∑[ min ( ab , min (a,b) r , r^2 ) ] 
for  r  from  1  to  n/2 .
Then  the  required  probability  will  be 
2* ∑[ min ( ab , min (a,b) r , r^2 ) ]  /  n * (n-a+1) *( n-b +1)
However , the  value  of  min ( ab , ar , br , r^2 ) still  have  to  be 
calculated  1  by  1 for  each  value  of  r .

For  n  to  be  an  odd  no. ,say  11 , the  value  in  k-th row  and  r-th 
column  is  still   min (  k , n+1-k  , r , n+1-r ) , i.e. min (  k , 12-k  , r , 12-r ) . For k = n+1-k =  r = n+1-r , the  expression  will  =   n+1/ 2 being  the  unique  greatest  value  in  the  table .
In  this  case  the  whole  table  will  be  symmetric  vertically   for  k  from  1  to  [ n/2 ] ( the  greatest  integer  contained  in  n/2  ) ( which =  n-1  /2 )  with  k from   n+1 - [ n/2 ] ( =  [ n/2 ] + 2 )    to  n  . For  k  =  [ n/2 ] + 1   it  will  be  unique .
The  table  will  also  be  symmetric  horizontally  for  r  from  1  to  [ n/2] ( or
n-1 /2   )  with  r  from  [ n/2 ]+2  to  n  . For  r =   [ n/2 ] + 1  it  will  be  unique .
Then   the  sum of  product  of  min ( a, n+1-a , r , n+1-r )   and
min ( b , n+1-b , r ,n+1-r ) , may  be  simplified  to  ∑ min ( a, r ,n+1-r )  *  min ( b , r ,n+1-r ) . where  r  varies  from  1  to  n .
It  may  also  be  simplified  to   2 * {∑ min ( a , r ) *  min ( b , r) } + a*b  (  where  r  varies  from  1  to  n-1  /2 .) The  term  min ( a , r ) *  min ( b , r)   may  also  be  expressed  as 
min ( ab , ar , br , r^2 )

Last edited by mr.wong (2016-08-25 15:55:06)

Offline

#16 2016-08-26 16:16:22

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Thus  if  n  is  even :
Sum  of  corresponding  products  =  2* {∑ min ( ab , min (a,b) r , r^2 ) } 
for  r  from  1  to  n/2 .

If  n  is  odd :
Sum  of  corresponding  products  =  2* {∑ min ( ab , min (a,b) r , r^2 ) } + ab
for  r  from  1  to  [ n/2] .

No matter  n  is  even  or  odd , a  general  formula  for  the  sum  may  be  expressed  as  :
2* {∑ min ( ab , min (a,b) r , r^2 ) } +  2 { n/2 - [ n/2] } * ab
for  r  from  1  to  [ n/2] .
as  the  term  2 { n/2 - [ n/2] } will  =  0  if  n  is  even , and  = 1  if  n  is  odd  since  then  n/2 = [ n/2]  +  1/2 .

Divided  the  sum  by  ( n-a+1 ) * (n-b+1 ) * n  ,  the  required  probability  will  be  obtained

Offline

#17 2016-08-27 22:40:27

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

If  a  graph  of   y = min { ab , min (a , b) r , r^2 }  is  drawn  it  can  be  found 
that  the  curve  can  be  divided  into  3  parts . 
The  1st  part  will  be  for  r  from  1  to  min (a , b)   where  y = r^2   since  when 
r  = min (a,b)  , y = min { min (a,b) * max(a,b) , min (a,b) min(a,b) ,min(a,b)^2 } 
= r^2  =  1^2 + 2^2 .....+ min(a,b)^2 .  ( totally  min(a,b)  terms) 
( Is  there  any  formula  to  calculate  the  sum  of  squares ? )

The  2nd  part  will  be  for  r  from  min(a,b) + 1  to  max (a,b)  where
y =  min(a,b) * r   since  when  r = max(a,b)  ,
y =  min { min(a,b) * max(a,b) , min(a,b) * max(a,b) , max(a,b) ^2 } = 
min(a,b) * r   = min(a,b)*[ min(a,b) +1] + ... min(a,b)* max(a,b)
(totally  max(a,b)- min(a,b) terms )
Thus  the  sum  of  the  2nd  part  will  be
min(a,b)*  (a+b+1)/2 * {max(a,b)- min(a,b)}

The  3rd  part  will  be  for  r  from  max(a,b) +1  to [ n/2]  where 
y= ab  ( being  a  constant )  and  there  are  totally  [ n/2]  -max(a,b) 
terms . Thus  the  sum  of  the  3rd  part  will  be
ab * {[ n/2]  -max(a,b) }

The  above  3  parts  will  all  exist  only  if  max(a,b) +1 ≤  [ n/2]  ,
if  max(a,b)   ≥[ n/2]  ≥ min(a,b) , then  only  part 1  and  part  2  will  exist . If  [ n/2]  ≤ min(a,b) , then  only  part 1 will  exist .

For  example , let n = 11 , a = 5  and  b = 3 ; then  the  total  sum
= 2 * { 1+4+9  + 27  + 0 }  + 15
= 2 * 41 + 15
= 97 
Since   ( n-a+1 ) * (n-b+1 ) * n  = 7 * 9 * 11 ,
therefore   P = 97/ 693  ( about  0.14 )

Last edited by mr.wong (2016-09-02 20:44:11)

Offline

#18 2016-08-29 22:25:10

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

( continued  from  #  8 )

The  value  of  the  term  in  k-th  row  and  r-th  column  of  the  table  in
# 8  can  be  expressed  as  min [  3 , max ( 0 , r-k+3 ) , max ( 0, k-r+5)].
= min { 3 , max [ 0 , min ( r-k+3 , k-r+5 ) ] }
where  k  varies  from  1  to  6  and  r  varies  from  1  to  8 .

Let  us  turn  the  table  shown  in  # 8  anti-clockwisely  by  45 °  with 
the  point  ( 1, 8 )  at  the  top  and  the  point  (6, 1)  at  the  bottom ,
then  we  separate  the  table  into  3  parts . ( This  is  only  true  for 
min (a,b) , i.e  3  to  be  odd . )
The  1st  part  is  the  triangular  shape  with  ( 1,8 ) as  vertex  and  the 
base  will  be  the  line  joining  (1,3)  and  (6,8) .
The  2nd  part  consists  of  only  1  row  by  joining  (1,2)  and ( 6,7) .
( For  min (a,b)  to  be  an  even  no . , the  2nd  part  will  be  void . )
The  3rd  part  is  the  inverse  triangle  with  the  base  formed  by 
joining  (1,1) and  (6,6)  while  with  (6,1)  as  vertex . The  items 
inside  are  exactly  the  same  with  the  1st  part .
There  are  min ( 10-5+1 , 10-3+1 )  = 6  items  in  each  side  of  the 
upper  triangle . ( also  for  the  lower  inverse  one .)  The  base  ( lowest 
row )  are  filled  with   the  value  3  and  there  are  6  such  3 ' s .
The  upper  row  are  all  2  and  there  are  5  such  2's . The  values  are 
descending  by  1  for  each  upper  row , until  the  row  are  all  1's  and 
there  are  12 - 5 - 3 = 4  of  them .  ( The  other  rows  filled  with  all
0 's  will  be  neglected . )
Thus  the  sum  of  the  all  values  in  each  triangle  will  be 
( 3 * 6  + 2 * 5 + 1 * 4 )  = 32 , and   2 * 32 = 64  for  the  2  triangles , together  with  the  row  between  them  with  sum  = 3 * 6 = 18 ,
the  total  sum  in  the  table  = 82 .

Divided   82  by  10 * 6 * 8 , we  get  P = 41/240 .

Offline

#19 2016-09-03 23:01:20

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

In  general , let  n  be  the  total  no. of  servants  while  a  and b  be  the  nos  of  servants  chosen  by  Boss  A  and  Boss  B  respectively . A  table  with  n-a+1  rows  and  n-b+1  columns  in  the  form  like  the  one   in  #  8  may  be  constructed  with  the  value  of  the  term  in   k-th  row  and  r-th  column  of  the  table  expressed  as 
min { a , b , max [ 0 , min ( r-k+min (a,b)  , k-r+max(a,b) ] }
where  k  varies  from  1  to  n-a+1  and  r  varies  from  1  to  n-b+1 .
( This  is  for  the  case  that  a ≥b , the  result  will  be  the  same  for 
a ≤b  just  by  exchanging  the  rows  with  columns .)

The  table  may  be  divided  into  3  portions , the  1st  portion  will  be  the
parallelogram  in  the  middle , from  r = k  to  r =  k + max(a, b ) - min( a, b) 
which  are  all  filled  with  the  value  min (a , b) .

For  r = k , value  of  each  term  in  the  corresponding  inclined  " diagonal "  will  be  fixed  to  be  min { a , b , max[ 0 , min ( min (a,b) , max (a,b)) ] } =  min (a ,b )   and  there  are  [n - max(a,b) +1 ] terms .

For  r =  k + max(a, b ) - min( a, b) ,
each  term  will  be  min { a, b, max [ 0 , min ( max(a,b) , min(a,b) )]}
also =  min (a b)    and  there  are  also  [n - max(a,b) +1 ] terms .
Thus  there  are  totally [ max(a, b ) - min( a, b) + 1 ] *[ n - max(a,b) +1] 
such  terms  with  value  min(a,b) .   

The  remaining  portion  of  the  table  consists  of  2  identical  triangles 
with  base  all  with  value [ min(a,b) - 1 ], and  there  are [ n- max(a,b) ] terms . 
Both  values   will  be  descending  towards   the  vertex  of  the  triangle  .
It  will  be  stopped  at  either  one  value = 1 .

Thus  the  sum  of  the  total  values  in  the 1st  portion  ( the  parallelogram ) 
will  be  min (a,b)  *  [ max(a, b ) - min( a, b) + 1 ]  * [ n - max(a,b) +1]  .

While the  sum  of  values  in  the  2  triangles  will  be 
2 * {    [ min(a,b) - 1 ] *  [ n- max(a,b) ]
        + [ min(a,b) - 2  ] * [ n- max(a,b) - 1]

       +  .........................*  .........................    }  ( stop  when  either  1  side  = 1 )

Thus  the  total  sum  of  values  in  the  whole  table  will  be  the  sum  of 
the  2  portions .
Divided  this  value  by  n * (n-a+1) * (n-b+1 ) , the  require  probability 
will  be  obtained .

Offline

#20 2016-09-04 17:20:36

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Hi  thickhead ,

It  seems  that  the  rule  of  conjugates  really  holds  when  the  value  a 
is  replaced  by  n-a+1 , then  the  corresponding  P  will  be  multiplied  by 
n-a+1 / a  .

Offline

#21 2016-09-06 16:21:43

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

It  can  be  observed  ( from  limited  no. of  examples )  that 
(1) If  n  is  even , and  a = b = n/2 ,  then P = n+1 /  3 (n+1) + 3  ;
(2) If  n  is  odd , and  a = ( n-1 ) / 2 , while  b = ( n+1 ) / 2 , ( a  and  b  being  conjugate )  , then  P = n-1 /  3 ( n-1 ) +  3   =  n-1 /  3n  . 

For  example ,  let  n = 20 , a = b = 10 ,  then  P = 21 / 63 + 3 = 21 / 66 = 7/ 22 .
If  the  answer  is  correct , then  by  multiplied  7/ 22   by n*(n-a+1)* (n-b+1)
=   7 / 22  *   20 * 11 * 11   
=   770    which  should  =  10 * 1 * 11   + 
2 * { 9 * 10  +  8 * 9  +  7 * 8 ......  + 1 * 2 } ,
i.e.   9 * 10  +  8 * 9  +  7 * 8 ......  + 1 * 2  = ( 770 - 110 ) / 2 =  330 .

Thus  the  sum  of  a  series  of  x * (x + 1 )  ( and  then  x^2 ) can  be  found  in  this  way  without  adding  the  products  1  by  1  .

Offline

#22 2016-09-07 20:50:13

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

If  n  is  even  and  a = b = n/2 , from  # 9   it  can  be  found  that 
P = [1^2 + 2^ 2 + ...( n/2 )^2] * 2  / [ n *( n/2 +1 ) *  ( n/2 +1 ) ]

In  fact there  is  already  a  formula  to  calculate  the  sum  of 
consecutive  squares . ( Square  pyramid  numbers  ) which  states  that  :
  1^2 + 2^2 + ... + n^2  =  n*(n+1)*(2*n+1)/6.

Thus  P =  n/2  * ( n/2 +1 ) * ( n + 1) / [3 *   n *( n/2 +1 ) *  ( n/2 +1 ) ]
           = ( n+1) / 3 * 2 * ( n/2 +1 )
           = ( n+1) / 3 ( n + 2 )    = ( n+1) / 3 ( n + 1) + 3   
as  in  #  21 .

Offline

#23 2016-09-10 16:54:13

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Related  Problem  (1)
Let   n  =  100 , a = 50 , b = 30 , find  P .

Solution :
(1st  method ) :  (  according  to  # 8  and  # 19 )
Let  a ∩ b  denotes  the  total  no.  of  times   all  the   servants  receiving  money  from  both  Boss  A  and  Boss  B  at  the  same  time . 
Then  a ∩ b   consists  of  2  parts :

(Part 1)   min ( a,b) *   [ max(a, b ) - min( a, b) + 1 ]  * [ n - max(a,b) +1] 
          =  30 * 21 * 51  = 32130 

(Part 2)   2  * {   29 *  50     =  29 * ( 29 + 21 )  =  29 ^2  +   29 * 21
                        + 28 * 49     =  28 * ( 28  + 21)  =  28 ^2   +  28 * 21
                        + 27 * 48     =  27 * ( 27  + 21)  =  27 ^2   +  27 * 21
                        +  ................=  ...........................=  ...........................
                        +  1  *  22    =   1  * ( 1   +  21)  =    1 ^2   +   1  * 21  }

Since  29^2  +  28^2  +  27^2  +   ..............  +  1^2 
=  29 *  30 * 59  /  6   =  8555  .
while   29* 21 + 28* 21 + 27* 21 +  ............+ 1 * 21
=  30 *  21 * 29  / 2     =  9135  .

Thus  sum  of  Part  2  =  2 * { 8555 + 9135 }  = 2 * 17690  = 35380 

Thus   a ∩ b   =  32130 + 35380  =  67510 

So   P = 67510 / 100 * 51 * 71
              =  6751 /  36210     (  about  0.18 )
  quite  near  to   41 / 240     ( about  0.17  )


( 2nd  method )  (  according  to  # 9 , # 11  and  # 13 )
Since  the  value  in  k-th  row  and  r-th  column  in  the  table  may  be  represented  by  min (  k , n-k+1  , r , n-r+1 )  where  r  varies  from  1  to  n .

Thus  a ∩ b   =  ∑ { min (  50 , 51  , r , 101-r )
                             * min (  30 , 71  , r , 101-r ) }
                    =  ∑ { min (  r , 101-r )
                             * min (  30 , r , 101-r ) }
where  r  varies  from  1  to  100 .

(1)  For  r ≤ 30 ,sum  of  the  products  will  be ∑ r * r =∑ r^2 .
(2)  For   r  from  31  to  50 , sum  of  the  products  will  be
     ∑ r * 30
(3) For   r  from  51  to  100  (i.e. 101 - r  will  be  from  50  to  1),  sum  of  the  products  will  be     ∑ (101 - r)  * min  ( 30, 101-r ) 
     =  ∑ min [ (101 - r) * 30 , (101 - r) ^2 ] 
     
For (1) ∑ r^2 = 1^2 + 2^2 + ... + 30^2
                  = 30* 31* 61 / 6  = 9455
For (2) ∑ r * 30 = 31 * 30 + 32*30 + ...+ 50*30
                         = 81 * 30 * 20 / 2
                         = 24300

For (3) , 30 = 101-r   ⇒  r = 71  ,
( i ) for  r  from  51  to  70 ,( i.e. 101-r  from  50  to  31 )
min  (30, 101-r ) = 30 ,
Sum  of  this  portion   will  be  ∑  [ (101 - r) * 30 ] 
= 50*30 + 49*30 + .... + 31*30  = 81 * 30 * 20 / 2
                                                    = 24300

( ii ) For  r  from  71  to  100 ,( i.e. 101-r  from  30  to  1 ) ,
min  ( 30, 101-r )  = 101 - r ,
Sum  of  this  portion  will  be ∑ (101 - r) ^2
=  30^2 + 29^2 + ... + 1^2
= 30 * 31 * 61  /  6   = 9455

Thus  sum  of  ( 3 )  = 24300 + 9455 = 33755

Thus  a ∩ b   = 9455 + 24300 +  24300  + 9455 
                         =  67510           

So   P = 67510 / 100 * 51 * 71
              =  6751 /  36210     (  same  as  1st  method )

Offline

#24 2016-09-12 20:00:39

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Related  Problem  (2)

51  servants  lined  up  a  queue . Boss  A  chose  randomly  40 
consecutive  of  them  and  paid  each  3  dollars . Boss  B  chose 
randomly  35  consecutive  of  them  and  paid  each  2  dollars .
Boss  C  chose  randomly  19  consecutive  of  them  and  paid 
each   1  dollar  .If  a  servant  was  chosen  randomly  from 
the  51 , find   the  probability  that  he  received  6  dollars .

Solution  :
Let  a ∩ b ∩c  denotes  the  total  no.  of  times   all  the   servants
receiving  money  from  both  Boss  A , B  and  C  at  the  same  time . 
Thus  a ∩ b ∩c  =  ∑ {   min (  40 , 12  , r , 52-r )
                                  * min (  35 , 17  , r , 52-r )
                                  * min (  19 , 33  , r , 52-r ) }
                         =  ∑ {   min (  12  , r , 52-r )
                                  * min (  17  , r , 52-r )
                                  * min (  19 ,  r , 52-r ) }
where  r  varies  from  1  to  51

As  51  is  an  odd  no ,the  above  sum  may  be  divided  into  3  parts .
(1)  For  r  varies  from  1  to [ 51/2 ] = 25 .
(2)  For  r  to  be  26 .
(3)  For  r  varies  from  27  to  51 .( i.e. 52-r  varies  from 
      25  to  1 . Thus  the  value  of  (3)  =  the  value  of  (1) .)

For (1) , r  varies  from  1  to  25 , i.e.  52-r  varies  from  51  to  27 , 
thus      min (  12  , r , 52-r )  = min (  12  , r ) ,
similarly, min (  17  , r , 52-r ) =  min (  17  , r )
      and  min (  19 ,  r , 52-r ) =  min (  19  , r )

Since   min (  12  , r ) *  min (  17  , r ) * min (  19  , r )
= min ( 12*17*19 , 12*17*r , 12*r*19 , 12*r*r ,
            r*17*19 ,   r*17*r ,     r*r*19 ,    r*r*r ) 
= min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 )

Thus   value  of  (1) = ∑{min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 ) }
( where  r  varies  from  1  to  25 .) 

Since  12*17*19 = 12*17*r  ⇒ r = 19 ,
          12*17*r  = 12* r^2   ⇒ r = 17 ,
          12* r^2  =  r^3  ⇒  r = 12 .

Thus ( i )  for  r  from  1  to  12 ,
∑{min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 ) }
= ∑ r^3 
= 1^3 + 2^3 + ... + 12^3
= 1/4 *  12^2 *  13^2
= 6084

( ii )  For r  from  13  to  17 ,
∑{min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 ) }
= ∑ 12* r^2
= 12 * (13^2 + 14^2 + 15^2 + 16^2 + 17^2 )
= 12 * ( 1785 - 650 )
= 13620

( iii ) For  r  from  18  to  19 ,
∑{min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 ) }
= ∑ 12* 17 * r 
= 12* 17 *18  + 12* 17 * 19
= 6348

( iv ) For  r  from  20  to  25 ,
∑{min ( 12*17*19 , 12*17*r ,12* r^2 , r^3 ) }
= ∑12*17*19
= 12*17*19 * 6
= 23256

Therefore  the  total  sum  of  Part (1)
= 6084 + 13620 + 6348 + 23256
= 49308

For Part (2) , the  value = 12 *17*19 = 3876

While  the  total  sum  of  Part (3)  also = 49308 

Therefore  a ∩ b ∩c  = 49308 + 3876 + 49308 = 102492

So  P = 102492 /   51 * 12 * 17 * 33
         = 949 / 3179   ( about   0.3 )

Offline

#25 2016-10-14 16:40:11

mr.wong
Member
Registered: 2015-12-01
Posts: 252

Re: Probability ---- consecutive individuals

Related  Problem  (3)

100  soldiers  formed  a  10 * 10  matrix .  General  A  chose  randomly  a  5*5  sub-matrix  contained  in  it   
and  gave  each  soldier  inside  1  dollar .  General  B  chose  randomly  a  3*3  sub-matrix  contained  in  it 
and  gave  each  soldier  inside  2  dollars . ( The  2  sub-matrices  must  be  parallel  with  the  big  one . ) 
If  a  soldier  was  chosen  randomly  from  the  whole , find 
(1)  The  probability  that  he  received  3  dollars .
(2)  The  expected  amount  he  received .

Offline

Board footer

Powered by FluxBB