Estadística 1 · Facultad de Ingeniería, USAC

Mural digital: distribuciones de probabilidad discreta

Cinco distribuciones discretas explicadas con precisión y aplicadas a casos de ingeniería — con controles interactivos para explorar cómo cambia cada probabilidad al mover los parámetros.

Binomial
Binomial Negativa
Geométrica
Hipergeométrica
Poisson
Equipo
  • Hugo Raúl Marín Carrera202501793
  • Selvyn Adolfo Peinado Tepéu202501685
  • Cecilia María Alejandra Barrios Castillo202407174
  • Diego José Piox Casasola202405843
01

Distribución Binomial

Número de éxitos en un número fijo de ensayos independientes

La binomial modela cuántos éxitos ocurren cuando repetimos n veces un mismo experimento con solo dos resultados posibles (éxito o fracaso), y la probabilidad de éxito no cambia de un ensayo a otro.

Condiciones

  • Se realizan n ensayos idénticos, fijados de antemano.
  • Cada ensayo tiene solo dos resultados: éxito o fracaso.
  • La probabilidad de éxito p es constante en todos los ensayos.
  • Los ensayos son independientes entre sí.

Variable aleatoria y parámetros

X número de éxitos observados en los n ensayos.
n número de ensayos.
p probabilidad de éxito en un ensayo.

Función de probabilidad

Media
Desv. estándar

Ejemplo interactivo — Control de calidad electrónico

En una línea de ensamblaje de placas de circuito impreso (PCB), el 4% de las placas presenta un defecto de soldadura. Se inspecciona un lote de 15 placas. ¿Cuál es la probabilidad de que exactamente 2 tengan el defecto?

Arrastra los controles para explorar otros escenarios:
15
0.04
2
f(x = 2)
—
μ = np
—
σ
—

f(x) — distribución completa

La barra resaltada es el valor de x elegido arriba.

Video (2:31 min)

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02

Distribución Binomial Negativa

Ensayos necesarios para alcanzar el k-ésimo éxito

Aquí el número de éxitos (k) se fija de antemano y lo que es aleatorio es cuántos ensayos hacen falta para lograrlos. Es lo opuesto a la binomial: en vez de fijar n, fijamos k.

Condiciones

  • Ensayos idénticos con dos resultados posibles: éxito o fracaso.
  • La probabilidad de éxito p es constante y los ensayos son independientes.
  • El experimento continúa hasta lograr el k-ésimo éxito.
  • A diferencia de la binomial, el número de éxitos es fijo y el número de ensayos es la variable aleatoria.

Variable aleatoria y parámetros

X número de ensayos hasta obtener el k-ésimo éxito.
k número de éxitos que se buscan.
p probabilidad de éxito en un ensayo.

Función de probabilidad

Media
Desv. estándar

Ejemplo interactivo — Mantenimiento de sensores IoT

Un equipo revisa, uno por uno, los sensores de una red industrial. Cada sensor tiene probabilidad 10% de estar fallando. El equipo necesita encontrar 3 sensores defectuosos para analizarlos. ¿Cuál es la probabilidad de tener que revisar exactamente 20 sensores?

Arrastra los controles para explorar otros escenarios:
3
0.10
20
f(x = 20)
—
μ = k/p
—
σ
—

f(x) — distribución completa

La barra resaltada es el valor de x elegido arriba.

Video (4:29 min)

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03

Distribución Geométrica

Ensayos necesarios hasta el primer éxito

Es el caso particular de la binomial negativa cuando k = 1: solo nos interesa cuántos ensayos toma conseguir el primer éxito.

Condiciones

  • Ensayos idénticos con dos resultados posibles: éxito o fracaso.
  • La probabilidad de éxito p es constante y los ensayos son independientes.
  • El experimento continúa hasta que se obtiene el primer éxito.

Variable aleatoria y parámetros

X número de ensayos hasta el primer éxito.
p probabilidad de éxito en un ensayo.

Función de probabilidad

Media
Desv. estándar

Ejemplo interactivo — Pruebas de estrés en microchips

En una planta de manufactura de microchips, cada unidad sometida a una prueba de estrés térmico tiene probabilidad 15% de fallar. Las unidades se prueban una por una. ¿Cuál es la probabilidad de que la primera unidad defectuosa aparezca justo en la prueba número 5?

Arrastra los controles para explorar otros escenarios:
0.15
5
f(x = 5)
—
μ = 1/p
—
σ
—

f(x) — distribución completa

La barra resaltada es el valor de x elegido arriba.

Video (4:04 min)

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04

Distribución Hipergeométrica

Éxitos en una muestra sin reemplazo de una población finita

Se parece a la binomial, pero la muestra se toma sin reemplazo de una población finita: por eso los ensayos ya no son independientes y las probabilidades cambian en cada extracción.

Condiciones

  • La población es finita, de tamaño N.
  • De esos N elementos, k se consideran "éxito" y el resto "fracaso".
  • Se elige una muestra de tamaño n, sin reemplazo.
  • Los ensayos son dependientes: la probabilidad varía en cada extracción.

Variable aleatoria y parámetros

X número de éxitos en la muestra de tamaño n.
N tamaño de la población.
n tamaño de la muestra.
k número de éxitos en la población.

Función de probabilidad

Media
Desv. estándar

Ejemplo interactivo — Repuestos de telecomunicaciones

Una bodega de repuestos tiene 40 antenas en inventario; 6 de ellas tienen un defecto de fábrica no visible. Un técnico selecciona al azar, sin reemplazo, 5 antenas. ¿Cuál es la probabilidad de que exactamente 1 sea defectuosa?

Arrastra los controles para explorar otros escenarios:
40
5
6
1
f(x = 1)
—
μ = n·k/N
—
σ
—

f(x) — distribución completa

La barra resaltada es el valor de x elegido arriba.

Video (2:39 min)

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05

Distribución de Poisson

Ocurrencias de un evento en un intervalo de tiempo o espacio

Distribución elegida por el equipo. A diferencia de las anteriores, aquí no hay "ensayos": se cuenta directamente cuántas veces ocurre un evento en un intervalo fijo de tiempo o espacio.

Condiciones

  • La probabilidad de ocurrencia es la misma para cualquier par de intervalos de igual longitud.
  • La ocurrencia (o no) en un intervalo es independiente de lo que pase en otro intervalo.
  • Los eventos ocurren a una tasa media constante en el intervalo.

Variable aleatoria y parámetro

X número de ocurrencias del evento en el intervalo.
μ número medio de ocurrencias en el intervalo (también λ).

Función de probabilidad

Media
Desv. estándar

Ejemplo interactivo — Fallos de disco en un centro de datos

Un centro de datos registra, en promedio, 2.4 fallos de disco duro por semana en su clúster de servidores. ¿Cuál es la probabilidad de que en una semana determinada ocurran exactamente 4 fallos?

Arrastra los controles para explorar otros escenarios:
2.4
4
f(x = 4)
—
μ
—
σ
—

f(x) — distribución completa

La barra resaltada es el valor de x elegido arriba.

Video (3:42 min)

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Semejanzas y diferencias

¿Cuál distribución usar?

Las cinco distribuciones comparten la idea de "éxito/fracaso" o "conteo de ocurrencias", pero se diferencian en qué se fija, si hay reemplazo y si existe un número de ensayos como tal.

Distribución¿Qué mide X?Parámetros¿Qué es fijo?IndependenciaFórmula
BinomialÉxitos en n ensayos.n, p Número de ensayos (n).Ensayos independientes.
Binomial NegativaEnsayos hasta el k-ésimo éxito.k, p Número de éxitos buscados (k).Ensayos independientes.
GeométricaEnsayos hasta el primer éxito.p Éxitos buscados = 1.Ensayos independientes.
HipergeométricaÉxitos en una muestra de tamaño n.N, n, k n ensayos, de una población finita N.Ensayos dependientes (sin reemplazo).
PoissonOcurrencias en un intervalo de tiempo/espacio.μ La tasa media μ (no hay "n ensayos").Ocurrencias en intervalos disjuntos independientes.

Herramienta de decisión

Responde estas preguntas sobre tu problema y te decimos qué distribución usar.

1. ¿Estás contando eventos en un intervalo de tiempo o espacio, sin un número fijo de "ensayos"?
Ej: fallos por semana, llamadas por hora, defectos por metro cuadrado.
2. ¿Se extrae una muestra sin reemplazo de una población finita conocida (N)?
Ej: piezas defectuosas dentro de un lote específico ya existente.
3. ¿El número de ensayos n está fijo de antemano, o repites hasta lograr k éxitos?
Con n fijo, cuentas éxitos. Repitiendo, cuentas ensayos hasta lograr los éxitos buscados.
4. ¿Solo buscas un único éxito (k = 1)?
Si necesitas varios éxitos (k > 1), es binomial negativa.
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Redacción y originalidad

Fuentes consultadas

Definiciones y fórmulas verificadas contra la bibliografía del curso; los ejemplos aplicados de ingeniería fueron elaborados por el equipo para este mural.

Bibliografía principal

  1. Devore, J. L. (2012). Probabilidad y Estadística para Ingeniería y Ciencias (8.ª ed.). Cengage Learning.
  2. Aguilar, M. E. Manual de Estadística Descriptiva. Facultad de Ingeniería, USAC. Ver recurso ↗
  3. Material de curso: Contreras, C. Distribuciones de Probabilidad Discreta. Estadística 1, USAC.

Bibliografía complementaria

  1. Anderson, Sweeney & Williams (2008). Estadística para Administración y Economía (10.ª ed.). Cengage Learning.
  2. Gaitán, M. G. (2015). Probabilidad, conceptos básicos (4.ª ed.).
  3. Johnson & Kuby (2008). Estadística elemental (10.ª ed.). Cengage Learning.
  4. Mendenhall, Beaver & Beaver (2006). Introducción a la Probabilidad y Estadística. Cengage Learning.
  5. Walpole, Myers, Myers & Ye (2007). Probabilidad y Estadística para Ingenieros (8.ª ed.). Pearson.