DamiRocK

Два орла подряд: среднее число бросков, орлов и решек

Метод первого шага для ожидания двух орлов подряд. Формулы для произвольной вероятности орла и проверка случая правильной монеты.

Серия из двух орлов — не то же самое, что два орла в произвольных местах. Решка между орлами обнуляет накопленный прогресс, и это нужно отразить в состояниях эксперимента.

Научная визуализация Автомат ожидания двух орлов подряд
E[T]=6; E[H]=E[T]/2=3; E[Tails]=3
Для честной монеты достаточно помнить, закончилась ли текущая серия одним орлом: переход в HH завершает эксперимент.

Условие и обозначения

Независимо бросают монету с вероятностью орла p до появления двух орлов подряд. Найдите среднее общее число бросков, число орлов и число решек, включая завершающие броски. Предполагается 0 < p ≤ 1.

В задаче 2.10 русская формулировка неполна, а английская использует решки вместо орлов. Здесь явно выбрана модель русской схемы решения: остановка на ОО, p — вероятность орла. Это уточнение адаптации, а не дословное повторение условия.

Два состояния вместо бесконечного дерева

Пусть a — среднее оставшееся число бросков, когда подходящего орла в конце последовательности нет, а b — когда последний бросок уже дал один орёл. Первый следующий бросок учитывается единицей:

a = 1 + pb + (1 − p)a;
b = 1 + (1 − p)a.

Из второго состояния орёл завершает эксперимент, а решка возвращает к первому. Подставляя b в первое уравнение, получаем p²a = 1 + p. Следовательно:

E(N) = (1 + p)/p².

При правильной монете p = 1/2 среднее равно 6 броскам. Простое удвоение ожидания одного орла дало бы 4 — оно не учитывает требование последовательности.

Среднее количество орлов и решек

k-й бросок совершается, если остановка ещё не произошла до него. Это зависит только от предыдущих результатов, поэтому на каждом реально выполняемом броске вероятность орла остаётся p. Суммируя ожидаемые вклады бросков, получаем:

E(H) = pE(N) = (1 + p)/p;
E(T) = (1 − p)E(N) = 1/p² − 1.

При p = 1/2 оба средних равны 3. В отдельном опыте орлов не обязательно ровно два: до завершающей пары могли появляться одиночные орлы, отделённые решками.

Проверки

Сумма E(H) + E(T) совпадает с E(N). При p = 1 всегда происходят ровно два броска: оба орлы. При p = 0 остановка невозможна, поэтому формулы с делением на p к этому случаю не применяются. Числа 6 и 3 в исходном решении относятся именно к p = 1/2, а не к произвольному p.

Ожидание первого орла · Математика.

Б. Демешев и участники · probability_pro, 2.10 · CC BY 4.0. Адаптация; модель уточнена, вывод дополнен.

Reading preferences

Appearance
Contrast
More options

Saved only in this browser. Your device’s reduced-motion setting is always respected. Browser zoom works throughout the site.