美女与硬币问题

问题描述

酒吧里,一个美女问一个绅士要不要与她玩一个游戏,游戏描述如下:两个各持一枚硬币,并各自选择硬币的正反面展示,如果硬币均为正面,绅士获得2美元,如果均为反面,绅士获得1美元,其他情况绅士付给美女2美元。绅士的盈亏状况可以用下表来描述:

   反
+3 -2
-2 +1

如果两人都是随机(1/2的概率)出正反面,根据概率来看他们的期望都是0,也就是不赚不亏,游戏是公平的。但是,如果某个人一直按这个概率出被另一个人发现则会输得很惨,因此这里就存在一个博弈的问题,期望会发生变化。

数学求解

 设绅士以 (x) 的概率出正面,则出反面的概率为 (1-x);

 设美女以 (y) 的概率出正面,则出反面的概率为 (1-y)。

 则绅士收入的数学期望为:

( E=3xy+1 imes (1-x)(1-y) - 2 imes [(1-x)y + (1-y)x]=8xy-3x-3y+1)

令( E < 0),即:

(E=8xy-3x-3y+1<0)

整理可得:

(E=(8x-3)y-3x+1<0)

讨论:

若( x = frac{3}{8}),则无论(y)为何值都有(E<0);

若(x > frac{3}{8}),则可得(y < frac{3x-1}{8x-3}),( frac{3x-1}{8x-3}) 是一个减函数,在(x=1)((x)是概率有最大值1)时取最小值 (frac{2}{5});

若(x < frac{3}{8}),则可得(y > frac{3x-1}{8x-3}),( frac{3x-1}{8x-3}) 是一个减函数,在(x=0)((x)是概率有最小值0)时取最大值 (frac{1}{3})。

综上,无论绅士以何种概率出硬币,美女可以以(frac{1}{3}< y < frac{2}{5})的概率出正面获得恒正的收益。

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