בתחילת המאה ה-18 העלה המתמטיקאי הצרפתי פייר רמון דה מונמור שאלה שנראתה כמו משחק חברה קליל. היא הפכה לאחת הבעיות המפורסמות בתורת ההסתברות. ניקולאוס ברנולי, ואחריו לאונרד אוילר, פתרו אותה - והתשובה הפתיעה את כולם.
וזו הגרסה המוכרת שלה:
מזכיר כתב חמישה מכתבים לחמישה נמענים שונים, והכין חמש מעטפות מכותבות - מעטפה אחת לכל נמען.
ואז כבו האורות. המזכיר הכניס את המכתבים למעטפות באקראי, מכתב אחד בכל מעטפה, בלי להסתכל בכלל.
מה ההסתברות שאף מכתב, אף לא אחד מהחמישה, לא יגיע לנמען הנכון שלו?
ואחרי שתענו - נסו לנחש: אילו היו אלף מכתבים ואלף מעטפות במקום חמישה, האם ההסתברות הייתה גדולה בהרבה, קטנה בהרבה, או בערך אותו הדבר?
קל יותר לחשב את המאורע המשלים. במקום לשאול מה הסיכוי שאף מכתב לא קלע ליעדו, שאלו מה הסיכוי שלפחות מכתב אחד קלע ליעדו - ואז החסירו מ-1.
כדי לחשב לפחות אחד משתמשים בעקרון ההכלה וההדחה: מחברים את המקרים שבהם מכתב מסוים קלע, מחסירים את הכפילויות של הזוגות, מוסיפים בחזרה שלשות, וכן הלאה לסירוגין.
יש 5! = 120 דרכים לחלק את חמשת המכתבים לחמש המעטפות.
אחרי הכלה והדחה מתקבלת נוסחה יפה במיוחד. ההסתברות שאף מכתב לא יגיע ליעדו שווה לסכום המתחלף:
1 פחות 1/1! ועוד 1/2! פחות 1/3! ועוד 1/4! פחות 1/5!
וזה בדיוק הטור המפורסם שממנו בנוי המספר e - ומכאן נובעת ההפתעה שבסוף.
סידור שבו שום פריט אינו נמצא במקומו המקורי נקרא אי-סדר (Derangement), ומספר האי-סדרים של n פריטים מסומן D(n).
בעזרת עקרון ההכלה וההדחה מתקבלת הנוסחה:
D(n) = n! · (1 - 1/1! + 1/2! - 1/3! + ... ± 1/n!)
עבור n = 5 מקבלים:
D(5) = 120 · (1 - 1 + 1/2 - 1/6 + 1/24 - 1/120) = 120 · 44/120 = 44
מספר הסידורים האפשריים בכלל הוא 5! = 120, ולכן:
ההסתברות = 44 חלקי 120 = 11/30, כלומר כ-36.7 אחוזים.
אפשר גם לספור ידנית בערכים קטנים ולהשתכנע: D(1) = 0, D(2) = 1, D(3) = 2, D(4) = 9, D(5) = 44.
ועכשיו ההפתעה - התשובה לשאלה השנייה.
הביטוי בסוגריים הוא בדיוק ההתחלה של הטור המפורסם של אוילר עבור 1 חלקי e. והטור הזה מתכנס במהירות מסחררת.
המשמעות: ההסתברות כמעט אינה תלויה במספר המכתבים. עבור 5 מכתבים היא 36.667 אחוזים, עבור 6 מכתבים היא 36.806 אחוזים, ועבור אלף מכתבים היא 36.7879 אחוזים - זהה ל-1 חלקי e עד עשרות ספרות אחרי הנקודה.
במילים אחרות: גם עם חמישה מכתבים וגם עם מיליון, הסיכוי שאף מכתב לא יגיע ליעדו הוא בערך אחד לשלושה. זו אחת התוצאות היפות בקומבינטוריקה, ואחת הדוגמאות המפתיעות לכך שהמספר e צץ דווקא במקומות שבהם איש לא ציפה לו.
תגובות
- לא נמצאו תגובות





Post comment as a guest