問題描述
酒吧里,一個美女問一個紳士要不要與她玩一個游戲,游戲描述如下:兩個各持一枚硬幣,並各自選擇硬幣的正反面展示,如果硬幣均為正面,紳士獲得2美元,如果均為反面,紳士獲得1美元,其他情況紳士付給美女2美元。紳士的盈虧狀況可以用下表來描述:
正 | 反 | |
正 | +3 | -2 |
反 | -2 | +1 |
如果兩人都是隨機(1/2的概率)出正反面,根據概率來看他們的期望都是0,也就是不賺不虧,游戲是公平的。但是,如果某個人一直按這個概率出被另一個人發現則會輸得很慘,因此這里就存在一個博弈的問題,期望會發生變化。
數學求解
設紳士以 \(x\) 的概率出正面,則出反面的概率為 \(1-x\);
設美女以 \(y\) 的概率出正面,則出反面的概率為 \(1-y\)。
則紳士收入的數學期望為:
\( E=3xy+1\times (1-x)(1-y) - 2\times [(1-x)y + (1-y)x]=8xy-3x-3y+1\)
令\( E < 0\),即:
\(E=8xy-3x-3y+1<0\)
整理可得:
\(E=(8x-3)y-3x+1<0\)
討論:
若\( x = \frac{3}{8}\),則無論\(y\)為何值都有\(E<0\);
若\(x > \frac{3}{8}\),則可得\(y < \frac{3x-1}{8x-3}\),\( \frac{3x-1}{8x-3}\) 是一個減函數,在\(x=1\)(\(x\)是概率有最大值1)時取最小值 \(\frac{2}{5}\);
若\(x < \frac{3}{8}\),則可得\(y > \frac{3x-1}{8x-3}\),\( \frac{3x-1}{8x-3}\) 是一個減函數,在\(x=0\)(\(x\)是概率有最小值0)時取最大值 \(\frac{1}{3}\)。
綜上,無論紳士以何種概率出硬幣,美女可以以\(\frac{1}{3}< y < \frac{2}{5}\)的概率出正面獲得恆正的收益。