Sandsynlighedsregning 

 

 Glæden ved spil

I det Herrens Aar  1654   " fødtes "  . . . . .
 
 
På trods af , at man har fundet spor af spil fra alle tidligere kulturer er Sandsynlighedsregning en forholdsvis ny matematisk diciplin - blot  350  år gammel. 
Grundlagt i en brevveksling mellem to af Frankrig´s store matematikere Fermat og Pascal.
Fermat blev født nær Montauban i  1601  og døde  d. 12 jan.  1665  i Castres. 
Han var søn af en velhavende læder-købmand og blev undervist hjemme. 
Senere uddannedes han til advokat og blev rådgiver for det lokale parlament i Toulouse. 

 Pierre de Fermat   var en særdeles omhyggelig og samvittighedsfuld person , med stort kendskab til sprog og litteratur. Og en stor del af sin ledige tid beskæftigede han sig med matematik. 

 " en af de største rene matematikere gennem tiderne "
Bortset fra enkelte papirer offentliggjorde Fermat intet i sin levetid , men han afslørede mange af sine opdagelser i breve til venner og bekendte , idet han havde en omfattende matematisk korrespondance - bl. a. med Pascal , der var søn af en af hans venner. 

Nogle af de mest slående resultater blev fundet efter hans død på nogle løse ark papir - eller skrevet i marginér på bøger han havde læst og kommenteret - og ikke ledsaget af noget bevis. 
Han var beskeden og levede tilbagetrukkent og har tilsyneladende ikke ønsket , at hans arbejder skulle offentliggøres. 

Fermat beskæftigede sig specielt med  Talteori , Geometri , Infinitesimalregning og  Sandsynlighedsregning. 

 " Fermat , the true inventor of the differential calculus "
                                                                                    Laplace

I dag huskes han nok mest for sin Talteori , specielt for  Fermat's last theorem   som først blev bevist af  Wiles  i 1994 , efter flere århundredes forgæves forsøg. 
Og så selvfølgelig for sin brevveksling   The Problem of Points  med Pascal - idet disse breve betragtes som grundlæggelsen af Sandsynlighedsregningen - ikke overraskende på grund af spekulationer over  Mathematical games and recreations 
 


  

 
Pascal blev født i Clermont  1623  og døde i Paris d. 19 august  1662. 

Hans far var en lokal dommer i Clermont  -  amatørmatematiker. 
Allerede som barn var Pascal svagelig , gik sjældent i skole , men blev undervist hjemme. I 1631 flyttede familien til Paris , til dels af hensyn til sønnens uddannelse. 

 Blaise Pascal  , der var et matematisk naturtalent , beskæftigede sig også meget med filosofi og religion - Guds eksistens. 
 
 

Af emner , han beskæftigede sig med ,  kan nævnes 
Geometri , Fysik  , Mekanik og så Sandsynlighedsregning. 
Studiet af sandsynlighedsregning fører til Pascal´s trekant , som han gør omhyggeligt rede for. 
Han byggede en af de første regnemaskiner - en additionsmaskine. 
Af filosofisk / litterær værdi kan nævnes værket  "Pensées".
Han har tidligt haft en korrespondance med Fermat ;  den interresante brevudveksling om sandsynlighedsregning finder sted i 1654. 
Den udspringer af spørgsmål fra en bekendt af Pascal , en spillefugl Chevalier de Méré , som stiller to spørgsmål til Pascal. Denne sender problemerne videre til Fermat. Det ene problem er simpelt og løses hurtigt , men det andet er noget vanskeligere og der diskuteres frem og tilbage. De er ikke altid enige og Fermat er nok den mest skarpsindige uden at forklejne Pascal´s geni. De angriber problemet på to forskellige måder , Fermat kombinatorisk - Pascal rekursivt. Brevvekslingen består af otte breve , hvoraf det første er gået tabt. Se  Pascal's Generalization
  
........ 
There you have , Sir , my thoughts on this subject, in which the only advantage I have over you is that I have reflected much more about it. But that is a small matter where you are concerned, since your first insights go deeper than my long efforts.
.....I am etc.         Pascal
 

 
Christiaan Huygens blev født i Haag i Holland den 14 april 1629 og døde den 8 juli 1695 
Hans far Constantin Huygins var filosof og diplomat. 

Christiaan Huygens  studerede matematik og jura ved universitetet i Leiden fra 1645 til 1647, og fra 1647 til 1649 fortsatte han matematikstudierne ved College of Orange at Breda. I 1649 rejste han til Danmark som en del af en diplomatisk gruppe. Han håbede herfra at rejse til Sverige for at besøge Descartes, som på det tidspunkt opholdt sig ved hoffet i Stockholm, men på grund af vejret måtte han opgive turen. 
 

      
 Det var igennem faderen, at Christiaan fik kontakt til den tids videnskabelige cirkler. 
Huygins udgav sin første publikation i 1651. Publikationen viste fejlslutningerne i de metoder Gregory of Saint-Vincent havde benyttet, da han påstod at have løst cirklens kvadratur. I 1655 kom han for første gang til Paris. Her blev han bekendt med brevvekslingen mellem Pascal og Fermat. Han kendte ikke deres løsningsmetoder, men alligevel er hans fremgangsmåde i den bog, han udgav efter hjemkomsten til Holland, en udvidelse af Pascals metode. Bogen, der har titlen "Regning i Hasardspil" regnes ofte for at være det første grundlæggende værk om sandsynlighedsregning. 

 
Til at uddybe ovenstående emner kan følgende anbefales: "Nogle kapitler af matematikkens historie" artikel 19,som er skrevet af Jesper Lützen (Elementærafdelingen Nr. 17, Århus Universitet)

 
Brevvekslingen mellem Pascal og Fermat

Pascals spilleglade ven Chevalier de Mere stillede ham over for to problemer, som i det følgende benævnes henholdsvis "Chevalier de Mere's problem" og "delingsproblemet". Foruden at være interesseret i spil, var de Mere også interesseret i matematik, men hans evner på det område var nok ikke så store, idet Pascal skriver til Fermat, at "M.de Mere er en intelligent mand, men han er ikke matematiker, og dette er, som De ved, en stor mangel". 
 


 
"Chevalier de Mere's problem" 

Det er fordelagtigt at holde på, at der i  4 slag med en terning kommer mindst en sekser. På den anden side er det ufordelagtigt at holde på, at der i 24 kast med to terninger kommer mindst en dobbeltsekser. 

 

 
"Delingsproblemet" 

To personer A og B spiller et spil med lige store chancer for at vinde. Det kunne eksempelvis være plat og krone. De sætter hver et bestemt beløb ind og den, der først vinder N gange vinder hele puljen. Imidlertid må de afbryde spillet i utide på det tidspunkt, hvor A har vundet a spil og B har vundet b spil. Hvordan skal puljen deles? 
 

 

 

Det første problem løste Pascal og Fermat med lethed og det værdiges kun en hånlig kommentar i brevvekslingen. Det andet problem er noget vanskeligere. Det var i øvrigt allerede kendt af italieneren Luca Pacioli ca. 100 år tidligere. 
Fermat og Pascal fandt begge det rigtige forhold, men på hver sin måde. Fermat brugte et kombinatorisk argument, mens Pascal brugte en rekursiv metode. 

Fermats ide var, at man først optæller det antal spil, der skal til for at sikre, at spillet er afgjort. Alle mulige forløb af de spil de ikke spiller skrives op. Man optæller, hvor mange spil, der ville give gevinst til hver af spillerne, hvis de havde fortsat spillet. Herved fremkommer det søgte forhold. 

 

 

Opgave 1
Løs delingsproblemet , når der i alt skal vindes 5 spil for at vinde, A har vundet 4 spil og B har vundet 3 spil - altså når N = 5, a = 4 og b = 3.
Prøv også at løse problemet, når N = 6, a = 4 og b = 3. 

Opgave 2
Vis, at sanssynligheden for at slå mindst en sekser i fire slag med en terning er 671 / 1296 (omtalt i "Chevalier de Mere's" problem).
Bestem dernæst sandsynligheden for at slå en mindst dobbeltsekser i 24 slag med to terninger.

Opgave 3

Drilagtigt hovedbrud 

Du ser 3 døre , bag en af dem befinder sig en formue , bag de andre en lyserød gris. 
Du klikker på en dør , en af de andre åbnes og en gris dukker op. Du har endnu et klik - skal du flytte dig eller blive på din plads ? 
 

 

3 døre  -  også kaldet  The Monty Hall Problem

 
Flere opgaver findes på   Shack's Math Problems

 
 
Er der problemer med indledende begreber se Introduction to Probability

 Permutations and Combinations