什麼是生日悖論?

2021-03-01 怪羅

開動腦筋,想想生日中有趣的數學現象。例如,四年才出現一次2月29日,也意味著這一天出生的人四年才能過上一次生日。此外,如果在街上偶遇一人,你們同一天生日的可能性有多大?

似乎很渺茫,對吧?366天,遇到同一天生日的概率為1/366,或0.0027%!概率極小,這就是為什麼當你遇到一個和你同一天生日的人,你會不禁感慨,天啊,這好神奇啊,好巧啊!

那麼,考慮一下這樣的問題,在一個房間裡,至少有多少人,才能使其中兩個人的生日是同一天的可能性超過50%?有人可能認為房間人數起碼得達到183,因為183是366的一半。其實這是錯誤的!你相信這僅僅只需要23個人嗎?聽起來似乎不可能,但這是真的! 

這個有趣的數學現象被稱為生日悖論。當然,這不是一個真正的邏輯悖論,因為它不是自相矛盾的。它只是非常地不可思議、難以置信。

那麼,這背後的數學原理是怎樣的呢? 在開始解釋這個原因之前,先假設一年只有365天,每一天的生日概率相同。雖然假設不完全準確,但使我們計算起來更加方便,而且不會影響到最終結果。   

生日悖論會令人感到難以置信,因為人類傾向於從自己的角度看待問題。人們通常這樣想,如果一個房間裡加上自己共有23人,你會覺得在這22人裡跟你同一天生日的可能性太低了。365天,現在卻只有22個人,你可能會想概率只有22/365,所以很難在這22個人中遇上跟自己同一天生日的。

其實,這是一種錯誤的思考方式——只是站在你自己的角度來思考有誰與你生日是一樣的。事實上,生日問題指的是在任何23個人中,兩人生日相同的概率是多少。而不是你進入了一個有著22個人的房間,房間裡有人會和你有相同生日的概率。我們需要挨個比較房間裡每個人之間的生日。

把第一個人與其他22個比較,把第二個人與21個人比較,第三個人與其它20個人比較.直到最後第二個人與最後一個人比較。將23個人之間的所有這些比較加起來,產生22 + 21 + 20 ... + 1 = 23 × 22/2 = 253種不同的搭配,所以產生一對成功匹配的生日並非不可思議。

人們通常是站在這樣一個角度來看問題——你進入了一個有著22個人的房間,那麼房間裡有人會和你有相同生日的概率非常低。原因是這時候只能產生22種不同的搭配,這應該非常好理解。 

為了計算出生日相同的概率,我們可以先計算所有人生日都不同的概率。那麼,第一人生日是唯一的概率為365/365,第二個人生日是唯一的概率則下降到364/365,以此類推,第23個人生日是唯一的概率為343/365。

然後,把所有23個獨立概率相乘,即可得到所有人生日都不相同的概率為:(365/365)× (364/365) × ... ×(343/365) ,得出結果為0.491。那麼,再用1減去0.497,就可以得到23個人中有至少兩個人生日相同的概率為0.509,即50.9%,超過一半的可能性。

通過公式可以看到,隨著房間中人數的增加,至少有兩人生日相同的概率也增加。例如,一個教室有30名學生,那麼兩個同學生日相同的概率為70%。如果把人數增加到70個人,那麼至少有兩人生日是同一天的概率為99.9%。

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