Enunciado

Suponha que você esteja jogando contra um adversário infinitamente rico e que em cada rodada você ganhe ou perca 1 unidade com respectivas probabilidades p e 1 - p. Mostre que a probabilidade de que você termine falido é

1   s e   p ≤ 1 2

q p i   s e   p   > 1 2

onde q = 1 - p e i representa a sua fortuna inicial.

Passo 1

Salve galera estudiosa, tudo certin??

Vamos para mais um problema de Probabilidade.

Seja P i a probabilidade de você acabar falindo quando sua fortuna inicial for i. Então condicionando o resultado da primeira aposta vemos que P i satisfaz a seguinte equação diferencial:

P i = p . P i + 1 + 1 - p . P i - 1

Isso simplesmente afirma que a probabilidade de você quebrar quando você tem uma fortuna de i é p vezes P i + 1 se você ganhar a primeira aposta (já que se você ganhar a primeira aposta, agora você tem i + 1 como sua fortuna) mais 1 - p vezes P i - 1 se você perder a primeira aposta (já que se você perder a primeira aposta, você terá i - 1 como sua fortuna).

Para resolver esta equação diferencial, reconhecemos que sua solução deve ser dada em termos de uma constante elevada à potência i, ou seja, α i . Usando que P i = α i   e inserindo isso na equação acima, descobrimos que α deve satisfazer o seguinte:

p α 2 - α + 1 - p = 0

Resolvendo a equação do segundo grau, obtemos:

α = 1 ± 1 - 4 p ( 1 - p ) 2 p = 1 ± ( 2 p - 1 ) ² 2 p =   1 ± ( 2 p - 1 ) 2 p

Daí temos que ou α = 1 ou α = 1 - p p = q p

Temos, portanto, que a nossa probabilidade é dada por:

P i = a i

Que pode assumir os valores:

P i = 1 i = 1

Ou

P i = q p i

Que são as nossas duas possibilidades de resultados e que mudam justamente no ponto onde p e q são iguais.

Resposta

Veja a demonstração.

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