Enunciado

Um total de m itens devem ser distribuídos sequencialmente entre n prateleiras, com cada item sendo independentemente colocado em cada prateleira j com probabilidade p j , j = 1,...,n. Obtenha o número esperado de colisões, onde uma colisão ocorre sempre que um item é colocado em uma prateleira não vazia.

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Fazendo X i = 1 se uma colisão ocorrer quando o i-ésimo item é guardado, e X i = 0 caso contrário, podemos expressar o número total de colisões X como

X =   ∑ i = 1 m X i

Portanto

E X =   ∑ i = 1 m E [ X i ]

Passo 2

Para determinar E [ X i ] , condicione na prateleira na qual o item é colocado.

E X i = 1 - ∑ j 1 - p j i - 1 p j

A penúltima igualdade usou o fato de que, tendo como condição a colocação do

item i na prateleira j, esse item causará uma colisão se qualquer um dos i - 1 itens

anteriores tiver sido colocado na prateleira j. Logo,

E X = m - ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n 1 - p j i - 1 p j

Trocando a ordem da soma, obtemos

E X = m - n + ∑ j = 1 n 1 - p j m

Passo 3

Olhando para o resultado, percebemos que poderíamos tê-lo deduzido mais facilmente ao calcular as esperanças de ambos os lados da identidade

n ú m e r o   d e   p r a t e l e i r a s   n ã o   v a z i a s = m - X

O número esperado de prateleiras não vazias é então obtido definindo-se uma variável indicadora para cada prateleira (igual a 1 se a prateleira não estiver vazia e igual a 0 caso contrário) e em seguida calculando-se a esperança da soma dessas variáveis indicadoras.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)