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PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 10 (Matemática) da 2ª fase do ITA 2021

Matemática · Matemática: Eventos sucessivos e distribuição binomial

Texto-base das questões 01 a 10 · Matemática

Notações

\mathbb{N} = \{1, 2, 3, \cdots\} : o conjunto dos números naturais.
\mathbb{R} : o conjunto dos números reais.
\mathbb{C} : o conjunto dos números complexos.
i : unidade imaginária, i^2 = -1.

Observação: Os sistemas de coordenadas considerados são os cartesianos retangulares.

Uma moeda é lançada sucessivas vezes até que se tenha a ocorrência de 2 caras. Qual a probabilidade do número total de lançamentos ser par?

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Resolução comentada

a) Vou considerar a moeda honesta, com P(\text{cara}) = P(\text{coroa}) = \tfrac12.

O jogo termina no lançamento n quando esse lançamento é a 2ª cara. Isso exige exatamente 1 cara entre os n-1 primeiros lançamentos e cara no n-ésimo. Há n-1 posições possíveis para a primeira cara, e cada sequência tem probabilidade \left(\tfrac12\right)^n:

P(N=n) = (n-1)\left(\tfrac12\right)^n,\quad n\ge 2.

Para N par, tomamos n=2k com k\ge1:

P(N \text{ par}) = \sum_{k=1}^{\infty} (2k-1)\left(\tfrac14\right)^{k}.

Usamos as séries geométricas, com x=\tfrac14:

  1. \displaystyle\sum_{k\ge1} x^k = \frac{x}{1-x} = \frac{1/4}{3/4} = \frac13
  2. \displaystyle\sum_{k\ge1} k\,x^k = \frac{x}{(1-x)^2} = \frac{1/4}{9/16} = \frac49

Então:

P = 2\cdot\frac49 - \frac13 = \frac89-\frac39 = \frac59.

Conferência: para N ímpar, n=2k+1 com k\ge1, a soma é \sum 2k\,/\,2^{2k+1} = \sum k\,x^k = \tfrac49. Como \tfrac59+\tfrac49=1, o resultado está coerente.

Resposta: \dfrac{5}{9}

Assunto: Eventos sucessivos e distribuição binomial.

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Fonte: ITA 2ª fase 2021 · Matemática. Prova oficial ↗