Un juego ‘burro’ (II)

Como vimos, hay juegos en los que las ganancias disminuyen cuando aumenta la probabilidad de ganar en cada turno. Son los denominados donkey games o 'juegos burro'.

Recordemos el funcionamiento del juego:

Una moneda tiene una probabilidad p de salir cara (C) y una probabilidad 1-p de salir cruz (X). Se realizan series de lanzamientos. En cada turno si sale cara se gana un euro, si sale cruz se pierde un euro y si sale lo mismo que en la tirada anterior se cancela la ganancia o la pérdida. Por ejemplo, en la secuencia XCCC la ganancia será cero. Si p=0.5 el juego es justo y la ganancia media es cero. En cambio si p aumenta el jugador termina perdiendo y si p disminuye el jugador termina ganando.
Supongamos muchos jugadores participando simultáneamente y observamos un turno determinado: Sea N0 el número de jugadores sin ganancia ni pérdida,  N1 con ganancia  N2 con pérdida en un turno determinado.
En el turno siguiente, el número de jugadores sin ganancia ni pérdida será: $$N_0'=pN_1+(1-p)N_2$$ pues sale cara y había cara o sale cruz y había cruz.
El número de jugadores con ganancia será: $$N_1'=pN_0+pN_2$$ pues sale cara y no había nada o sale cara y había cruz.
El número de jugadores con pérdida será:
$$N_2'=(1-p)N_0+(1-p)N_1$$ pues sale cruz y no había nada o sale cruz y había cara.

Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel que puedes descargar a continuación:
  • Se puede modificar la probabilidad de obtener cara y el número de jugadores.
  • En una tabla se muestran el resultado de cada tirada: cara (C) o cruz (X) y la situación antes y después de la tirada: cara (C), cruz (X) o nada (N).
  • El botón 'inicio' permite empezar el juego.
  • Cada vez que se pulsa el botón 'jugar' se realiza una jugada simultánea.
  • El botón 'serie' permite realizar 100 jugadas simultáneas.
  • Un gráfico muestra los valores N0, N1 y N2 teóricos y experimentales y otro gráfico la ganancia media G.M., teórica y experimental.
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  • Para completar la información consultar 'Un juego burro (I)'.
  • Basado en un artículo de Juan M. R. Parrondo (Investigación y Ciencia).

Un juego ‘burro’ (I)

Aunque parezca paradójico, hay juegos en los que las ganancias disminuyen cuando aumenta la probabilidad de ganar en cada turno. Se denominan donkey games o 'juegos burro'. Christian van den Broeck y Bart Cleuren, físicos del Centro Universitario de Limburg, en Bélgica, estudian este tipo de juegos.Veamos uno de ellos:

Una moneda tiene una probabilidad p de salir cara (C) y una probabilidad 1-p de salir cruz (X). Se realizan series de lanzamientos. En cada turno si sale cara se gana un euro, si sale cruz se pierde un euro y si sale lo mismo que en la tirada anterior se cancela la ganancia o la pérdida. Por ejemplo, en la secuencia XCCC la ganancia será cero. Si p=0.5 el juego es justo y la ganancia media es cero. En cambio si p aumenta el jugador termina perdiendo y si p disminuye el jugador termina ganando.
Supongamos muchos jugadores participando simultáneamente y observamos un turno determinado: Sea N0 el número de jugadores sin ganancia ni pérdida,  N1 con ganancia  N2 con pérdida en un turno determinado.
En el turno siguiente, el número de jugadores sin ganancia ni pérdida será: $$N_0'=pN_1+(1-p)N_2$$ pues sale cara y había cara o sale cruz y había cruz.
El número de jugadores con ganancia será: $$N_1'=pN_0+pN_2$$ pues sale cara y no había nada o sale cara y había cruz.
El número de jugadores con pérdida será:
$$N_2'=(1-p)N_0+(1-p)N_1$$ pues sale cruz y no había nada o sale cruz y había cara.

 Las soluciones estacionarias se obtienen cuando, después de muchas iteraciones, los nuevos valores coinciden con los anteriores. Resolviendo el sistema:
$$\begin{eqnarray*} N_0 = pN_1+(1-p)N_2 \\ N_1=pN_0+pN_2 \\ N_2=(1-p)N_0+(1-p)N_1 \end{eqnarray*}$$ se obtienen las soluciones: $$N_1=\frac{p(2-p)}{p^2-p+1}N_0 \wedge N_2=\frac{1-p^2}{p^2-p+1}N_0$$ La ganancia en un turno es: $$G=pN_0-(1-p)N_0-N_1+N_2=$$ $$(2p-1)N_0-\frac{p(2-p)}{p^2-p+1}N_0+\frac{1-p^2}{p^2-p+1}N_0=\frac{p(p-1)(2p-1)}{p^2-p+1}N_0$$ El número total de jugadores es: $$N_0+N_1+N_2=N_0+\frac{p(2-p)}{p^2-p+1}N_0+\frac{1-p^2}{p^2-p+1}N_0=$$ $$\frac{-p^2+p+2}{p^2-p+1}N_0=\frac{-(p+1)(p-2)}{p^2-p+1}N_0$$ La ganancia media es: $$\overline{G}=\frac{\frac{p(p-1)(2p-1)}{p^2-p+1}}{\frac{-(p+1)(p-2)}{p^2-p+1}}=\frac{p(1-p)(1-2p)}{(1+p)(2-p)}$$
Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel que puedes descargar a continuación:
  • Se puede modificar el número de jugadores y la probabilidad de obtener cara.
  • Se puede cambiar el turno del juego y obtener el número de jugadores en cada uno de los casos  y la ganancia media en cada turno.
  • Unos gráficos muestran los posibles valores de la ganancia media,  la evolución de la ganancia media y del número de jugadores en cada caso.
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  • Basado en un artículo de Juan M. R. Parrondo (Investigación y Ciencia).

Nadal VS Federer

Supongamos que un jugador de tenis (Rafa Nadal) tiene una probabilidad p de ganar un point a su contrincante (Roger Federer). La probabilidad de que pierda será q, siendo p+q=1. ¿Qué probabilidad tendrá de ganar un game? ¿Y un set? ¿Y un match?

En una serie de tablas se muestran las posibles evoluciones de un game, un tie-break, un set con tie-break, un set sin tie-break y un match.
Las celdas con números en rojo corresponden a momentos de ventaja de Nadal, las celdas con números en azul indican situaciones de ventaja de Federer y las que tienen los números en negro indican situaciones de empate. Las celdas con los números en negrita indican situación de ganador de alguno de ellos.

Probabilidad de ganar un game:

Los números de la tabla recogen las distintas posibilidades de alcanzar un tanteo concreto. La celda con el 2 corresponde al tanteo 15-15 e indica que se puede alcanzar ese resultado de dos formas distintas: 15-0 ->15-15 o bien 0-15 -> 15-15. Se observa que cada celda es la suma de la celda de su izquierda y de su celda superior (siempre que existan ambas). Sabemos que en tenis se han de conseguir dos puntos de diferencia para adjudicarse el juego y conseguir al menos cuatro points.
De acuerdo con la tabla y teniendo en cuenta la probabilidad p de conseguir un point:
$$p(game)=p^4+4p^4q+10p^4q^2+^20p^5q^3+40p^6q^3+80p^7q^3+\cdots$$
$$p(game)=p^4+4p^4q+10p^4q^2(1+2pq+4p^2q^2+8p^3q^3+\cdots)$$
$$p(game)=p^4+4p^4q+\frac{10p^4q^2}{1-2pq}$$

Probabilidad de ganar un tie-break:

Un tie-break es una forma de terminar un game de manera más rápida. Si se llega a un empate a 6 games, se juega un último game de desempate que se consigue con 7 points con diferencia de dos. En caso contrario se siguen jugando points hasta conseguir esa diferencia.

De acuerdo con la tabla y teniendo en cuenta la probabilidad p de conseguir un point:
$$p(tie-break)=p^7+7p^7q+28p^7q^2+84p^7q^3+210p^7q^4+\frac{462p^7q^5}{1-2pq}$$
Probabilidad de ganar un set sin tie-break:

Un set se consigue con 6 games y una diferencia de dos. En caso de no conseguir esa diferencia con 6 games, se debe continuar hasta conseguirla.
De acuerdo con la tabla y teniendo en cuenta la probabilidad de conseguir un game:
$$p(set)=p^6+6p^6q+21p^6q^2+56p^6q^3+\frac{126p^6q^4}{1-2pq}$$
Probabilidad de ganar un set con  tie-break:


Un set se consigue con 6 games y una diferencia de dos. En caso de llegar a empate a 6 games se juega un tie-break.

De acuerdo con la tabla y teniendo en cuenta la probabilidad p de conseguir un game y un  tie-break:
$$p(set)=p^6+6p^q+21p^6q^2+56p^6q^3+126p^6q^4+252p^7q^5+504p^6q^6P$$
 siendo P la probabilidad de tie-break.

Probabilidad de ganar un match:

Un match se consigue ganando 3 setsEn caso de empate a 2 sets el último se juega con tie-breakHay competiciones en que es suficiente ganar 2 sets y el set de desempate también es con tie-break.
De acuerdo con la tabla y teniendo en cuenta la probabilidad p de conseguir un set:
$$p(match)=p^3+3p^3q+6p^2q^2P$$
siendo P la probabilidad de set con tie-break.


Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel que puedes descargar a continuación:
  • Se puede elegir la probabilidad de ganar un point.
  • Se obtienen las probabilidades de ganar un game, un set sin tie-break, un tie-break, un set con tie-break y un match.
  • Las gráficas representan las probabilidades anteriores en función de la probabilidad de ganar un point

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  • Basado en el capítulo El tenista ebrio del libro Ingeniosos encuentros entre juegos y matemática de Ian Stewart.

Juego de ruleta: La Boule

Este juego fue inventado en el siglo XVIII en Francia como una variante del denominado La Hoca. Consiste en una versión reducida de la ruleta tradicional.

Consta de 18 casiilas numeradas del 1 al 9 en dos series, una superior y otra inferior. Los jugadores pueden apostar de manera múltiple: negro (rojo), impar (par), falta (pasa), superior (inferior) o individual a un número cualquiera. El 5 actúa como el 0 de la ruleta tradicional, pero se admite como apuesta individual.


La esperanza de ganancia para el apostante es de -11.11%, y por tanto, muy ventajosa para la banca lo que hace que cada vez sea menos frecuente su presencia en los casinos, salvo en algunos  de Francia.

Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel que puedes descargar a continuación:
  • INICIAR PARTIDA: Permite elegir el número de partidas y cuánto dinero se va a apostar.
  • APOSTAR: Se puede elegir el dinero para cada una de las apuestas a en las celdas grises.
  • JUGAR: Pone en marcha la ruleta y va mostrando el premio en tiempo real.
  • COBRAR: Vacía la celda premio (si hay ganancia) y modifiica la celda saldo (si hay pérdida).
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Piedra, papel y tijera

Es un juego de manos que consta de tres elementos:

La piedra  gana a la tijera rompiéndola, la tijera vence al papel cortándolo y el papel trunfa sobre la piedra envolviéndola.

Matemáticamente es un juego no transitivo y según la teoría de juegos, la estrategia óptima es la elección aleatoria. Como el número de partidas es reducido, tiene mucha importancia la psicología de los jugadores.

Los jugadores dicen Piedra... Papel... y ¡Tijera! y justo al acabar muestran todos al mismo tiempo una de sus manos, de modo que puede verse la elección de cada uno.

Existe una expansión que incorpora dos nuevos elementos: Spock y lagarto, creada por Sam Kass y apareció en un capítulo de la comedia The Big Bang Theory.


ganador acción perdedor
tijera decapita lagarto
tijera corta papel
papel tapa piedra
papel desautoriza Spock
piedra lapida lagarto
piedra aplasta tijera
lagarto come papel
lagarto envenena Spock
Spock vaporiza piedra
Spock rompe tijera


Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel, que puedes descargar a continuación, y que te permite jugar a Piedra... Papel... y ¡Tijera! .
  • Al pulsar cualquiera de los botones inicio se pide el número de partidas que se desea jugar.
  • Pulsando los botones piedra, papel o tijera eliges tu opción y el ordenador juega aleatoriamente contra ti.
  • Los resultados se muestran en la gráfica de la izquierda.
  • Pulsando el botón jugar se ejecutan el número de partidas elegidas entre los jugadores A y B que juegan de manera aleatoria.
  • Los resultados se muestran en la gráfica de la derecha.
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Juego de ruleta: La Boule

En la Francia del siglo XVII el poderoso cardenal Mazarino, consejero del rey Luis XII y luego primer ministro del rey Luis XIV, favoreció el funcionamiento legal de diversos garitos y casas de juego instalada en París que pagaban un alto tributo qa la Corona y que además por reglamento debían ofrecer dentro de su repertorio de juegos al mneos una Rueda de la Fortuna y un tablero de La Hoca. En el siglo XVIII una variante de La Hoca da origen al juego de La Boule.
Es una ruleta simplificada formada por sólo por los números {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}.
Los jugadores pueden apostar a: rojo o negro, impar o par, falta o pasa.
El número 5 es el "cero" de la ruleta francesa, pero actúa como el "doble cero" de la ruleta de Las Vegas. Es decir se puede apostar a él como a cualquier otro número pero no forma pare de las apuestas múltiples.



Sigue las instrucciones de utilización del modelo de Excel que puedes descargar a continuación:

  • INICIAR PARTIDA  pregunta: ¿cuántas veces vas a apostar?
  • APOSTAR pregunta ¿cuánto dinero vas a apostar?
  • En el rango "oscuro" se introducen las apuetas que no deben superar el "saldo".
  • JUGAR inicia el movimiento de la ruleta mostrando el posible premio al pasar por el sector correspondiente.
  • COBRAR aumenta el "saldo", cuando ganas y lo disminuye cuando pierdes.
  • En nuestra ruleta se permite también apostar a los números "superiores" o a los "inferiores" del tablero, excluido el 5, lo que no modifica la esperanza de ganancia para la banca.
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