Как не ошибаться. Сила математического мышления

Если подсчитывать только абсолютное количество монет, упавших лицевой стороной вверх, одно можно утверждать почти наверняка: победителем в этой игре станет кто-то из Большой команды. Этот кто-то получит около 50 аверсов – показатель, который ни один участник Малой команды просто не сможет потянуть. Даже если в Малой команде было бы сто игроков, самый результативный из них получит восемь-девять монет, выпавших лицевой стороной вверх[64].

Кажется, это крайне несправедливо! У Большой команды с самого начала имеется большее преимущество. Давайте вместо подсчета абсолютного количества монет, выпавших той или иной стороной, будем определять победителя по относительной доле выпавших монет, что должно создать для двух команд более равные условия.

Но этого не происходит. Как я уже сказал, если в Малой команде было бы сто игроков, минимум один из них мог бы выбить хотя бы восьми-девяти аверсов. Следовательно, в результате он получит минимум 80 % монет, выпавших лицевой стороной вверх. А как насчет Большой команды? Ни один из ее игроков не получит 80 % орлов. Безусловно, физически такое возможно. Тем не менее этого не случится. На самом деле вам понадобилось бы около двух миллиардов игроков в составе Большой команды, чтобы появилась довольно высокая вероятность получения результата, свидетельствующего о серьезном перевесе. Разве не об этом говорит ваше интуитивное представление о правдоподобии? Чем больше монет вы подбрасываете, тем больше вероятность того, что вы приблизитесь к результату 50 на 50.

Вы можете попытаться сами! Я так и сделал, и вот что произошло. Многократно подбрасывая десять монет подряд, как это сделали бы игроки Малой команды, я получил такую последовательность количества монет, выпавших лицевой стороной вверх:

4, 4, 5, 6, 5, 4, 3, 3, 4, 5, 5, 9, 3, 5, 7, 4, 5, 7, 7, 9…

С сотней монет, как в случае Большой команды, я получил такую последовательность:

46, 54, 48, 45, 45, 52, 49, 47, 58, 40, 57, 46, 46, 51, 52, 51, 50, 60, 43, 45…

А в случае тысячи монет последовательность оказалась такой:

486, 501, 489, 472, 537, 474, 508, 510, 478, 508, 493, 511, 489, 510, 530, 490, 503, 462, 500, 494…

Честно говоря, я не подбрасывал тысячу монет. Вместо этого я поставил перед своим компьютером задачу смоделировать подбрасывание монет. Разве у кого-то найдется столько времени на тысячекратное подбрасывание монеты?

У одного человека нашлось – математик из Южной Африки Джон Эдмунд Керрич, которому дали опрометчивый совет посетить Европу ни больше ни меньше как в 1939 году. Его европейский семестр быстро превратился в незапланированное заключение в концлагере в Дании. Там, где обычный узник, не столь увлеченный статистикой, проводил бы дни заточения, царапая на стене камеры прошедшие дни, Керрич подбрасывал монету (всего 10 тысяч раз) и подсчитывал количество выпаданий лицевой стороной вверх{42}. Его результаты выглядели следующим образом:

Как видите, доля монет, выпавших лицевой стороной вверх, непреклонно стремится к 50 % по мере подбрасывания все большего количества монет, как будто под действием невидимых тисков. Тот же эффект можно увидеть и во время моделирования этого процесса. Доля монет, выпавших лицевой стороной в первой группе попыток, составляет от 30 до 90 %. В случае сотни подбрасываний подряд этот диапазон начинает сужаться и составляет от 40 до 60 %. А когда количество подбрасываний достигает тысячи, диапазон количества выпаданий лицевой стороной вверх составляет всего от 46,2 до 53,7 %. Что-то толкает наши числа все ближе и ближе к 50 %. Это равнодушная и сильная рука закона больших чисел. Я не стану приводить здесь точную формулировку соответствующей теоремы (хотя она удивительно красива!), но ее можно представить следующим образом: чем больше монет вы подбрасываете, тем более маловероятно, что вы получите 80 % монет, выпавших лицевой стороной вверх. В действительности, если вы подбросите достаточное количество монет, шанс, что у вас будет 51 % аверсов, становится ничтожным! Нет ничего примечательного, если в случае десяти подбрасываний наблюдается неравновесный результат, однако в случае сотни подбрасываний получение соразмерного неравновесного результата было бы настолько удивительным событием, что оно скорее всего заставит задуматься, не поработал ли кто с вашими монетами.

Понимание, что результаты эксперимента стремятся к фиксированной средней величине, когда этот эксперимент повторяется многократно, – факт далеко не новый. В действительности данное явление известно почти столь же давно, сколько существует математическое изучение самой вероятности. Этот принцип сформулировал в XVI столетии Джироламо Кардано – правда, без всяких формальностей; и только в начале XIX столетия Симеон Дени Пуассон придумал для него выразительное название – «закон больших чисел» (Loi des grands nombres).

Шлем жандарма