Calculadora de distribución hipergeométrica

Muestreo sin reemplazo.

Ejemplos:
P(X = 2)
0.27428
Esperanza E[X]
1.25
Desviación estándar σ
0.9295
Rango k válido
[0, 5]
0123450.0e+00.150.300.450.60

Interpretación

Al extraer {5} elementos de una población de {52} (conteniendo {13} éxitos), la probabilidad de obtener {exactamente} {2} éxitos es de {27.428}%.

PMF hipergeométrica
P(X=k)=(Kk)(N−Kn−k)(Nn)P(X = k) = \frac{\binom{K}{k}\binom{N-K}{n-k}}{\binom{N}{n}}

¿Qué es la Distribución Hipergeométrica?

La distribución hipergeométrica modela la probabilidad de obtener un número específico de éxitos al muestrear sin reemplazo de una población finita. A diferencia de la distribución binomial, que asume ensayos independientes con probabilidad constante, la distribución hipergeométrica tiene en cuenta cómo cada extracción cambia la composición de la población restante.

Ejemplo clásico: Sacar cartas de una baraja. Una vez que sacas un as, quedan menos ases (y menos cartas en total), lo que afecta las probabilidades de las extracciones siguientes.

La Configuración

Considera una población de NN elementos:

  • KK elementos son "éxitos" (el tipo que estás contando)
  • N−KN - K elementos son "fracasos"

Extraes nn elementos sin reemplazo. La distribución hipergeométrica da la probabilidad de obtener exactamente kk éxitos.

La Fórmula

P(X=k)=(Kk)(N−Kn−k)(Nn)P(X = k) = \frac{\binom{K}{k} \binom{N-K}{n-k}}{\binom{N}{n}}

Donde:

  • (Kk)\binom{K}{k} = formas de elegir kk éxitos de los KK disponibles
  • (N−Kn−k)\binom{N-K}{n-k} = formas de elegir los elementos restantes de los no-éxitos
  • (Nn)\binom{N}{n} = formas totales de elegir nn elementos de NN

Rango Válido para k

El número de éxitos kk debe satisfacer:

max⁡(0,n−(N−K))≤k≤min⁡(n,K)\max(0, n - (N - K)) \leq k \leq \min(n, K)

No puedes extraer más éxitos de los que existen (k≤Kk \leq K), más de los que extraes (k≤nk \leq n), ni menos de los forzados por tener muy pocos fracasos (k≥n−(N−K)k \geq n - (N - K)).

Estadísticos Clave

  • Media: E[X]=n⋅KNE[X] = n \cdot \frac{K}{N}
  • Varianza: Var(X)=n⋅KN⋅N−KN⋅N−nN−1Var(X) = n \cdot \frac{K}{N} \cdot \frac{N-K}{N} \cdot \frac{N-n}{N-1}

La fórmula de la varianza incluye el factor de corrección para población finita N−nN−1\frac{N-n}{N-1}, que reduce la varianza en comparación con el muestreo binomial.

Aplicaciones Prácticas

Control de Calidad

Un envío contiene 100 piezas, de las cuales 10 son defectuosas. Si un inspector muestrea 20 piezas sin reemplazo, ¿cuál es la probabilidad de encontrar exactamente 3 defectuosas?

P(X=3)=(103)(9017)(10020)≈0.211P(X = 3) = \frac{\binom{10}{3} \binom{90}{17}}{\binom{100}{20}} \approx 0.211

Esto es más preciso que la aproximación binomial para poblaciones pequeñas.

Juegos de Cartas

Probabilidad de recibir exactamente 2 corazones en una mano de póker de 5 cartas:

P(X=2)=(132)(393)(525)=78×91392598960≈0.274P(X = 2) = \frac{\binom{13}{2} \binom{39}{3}}{\binom{52}{5}} = \frac{78 \times 9139}{2598960} \approx 0.274

Estudios Ecológicos

Los métodos de captura-recaptura estiman tamaños de población usando razonamiento hipergeométrico. Si los investigadores marcaron 50 peces, y luego capturaron 30 peces (de los cuales 10 estaban marcados), pueden estimar la población total.

Análisis de Lotería

Los cálculos de probabilidad de lotería a menudo involucran distribuciones hipergeométricas, especialmente para juegos donde seleccionas números de un grupo fijo sin reemplazo.

Auditoría

Al auditar una muestra de transacciones en busca de errores, la distribución hipergeométrica modela correctamente la búsqueda de errores en la muestra dada una población finita de transacciones.

Hipergeométrica vs. Binomial

AspectoHipergeométricaBinomial
MuestreoSin reemplazoCon reemplazo
ProbabilidadCambia en cada extracciónConstante
PoblaciónFinita, importaInfinita/grande
IndependenciaExtracciones dependientesExtracciones independientes

Cuándo usar la aproximación binomial: Cuando n<0.05Nn < 0.05N (la muestra es menos del 5% de la población), la binomial aproxima bien a la hipergeométrica y es computacionalmente más simple.

Conexión con la Prueba Exacta de Fisher

La prueba exacta de Fisher para tablas de contingencia 2×2 se basa en la distribución hipergeométrica. Prueba si dos variables categóricas son independientes calculando probabilidades hipergeométricas.

Hipergeométrica Multivariante

La distribución se extiende a múltiples categorías. Si una población tiene elementos de tipos 1, 2, ..., mm con cantidades K1,K2,...,KmK_1, K_2, ..., K_m:

P(X1=k1,...,Xm=km)=∏i=1m(Kiki)(Nn)P(X_1 = k_1, ..., X_m = k_m) = \frac{\prod_{i=1}^{m} \binom{K_i}{k_i}}{\binom{N}{n}}

Esto modela escenarios como sacar cartas de múltiples palos o muestrear elementos de múltiples tipos.

Consideraciones Computacionales

Para poblaciones grandes, el cálculo directo de factoriales lleva a desbordamiento. Usa:

  • Cálculos de log-factorial: log⁡(n!)=∑i=1nlog⁡(i)\log(n!) = \sum_{i=1}^{n} \log(i)
  • Relaciones recursivas
  • Aproximación de Stirling para valores muy grandes

Cálculos Relacionados

Resumen

La distribución hipergeométrica es esencial cuando se muestrea sin reemplazo de una población finita—situaciones donde cada selección genuinamente afecta las probabilidades subsiguientes. Desde inspecciones de control de calidad hasta probabilidades en juegos de cartas y estimaciones de poblaciones ecológicas, proporciona probabilidades exactas que las aproximaciones binomiales no capturan. Aunque es computacionalmente más intensiva, las herramientas modernas manejan los cálculos fácilmente, haciendo que el análisis hipergeométrico sea accesible para aplicaciones prácticas.