Джордан Элленберг - Как не ошибаться. Сила математического мышления

Определить размер выигрыша крупного игрока в лотерее Cash WinFall не составит труда – все дело в том, чтобы проанализировать это с точки зрения самой лотереи. В день розыгрыша с перераспределением призового фонда в распоряжении штата есть (минимум!) 2 миллиона долларов накопленного джекпота, от которых штат должен избавиться. Предположим, в этот день полтора миллиона человек купят лотерейные билеты. Это еще 3 миллиона долларов дохода, из которых 40 %, или 1,2 миллиона долларов, уходит в казну штата, а оставшиеся 1,8 миллиона долларов вносятся в фонд джекпота, причем все эти деньги должны быть выплачены игрокам до окончания дня. Следовательно, в день такого розыгрыша штат забирает себе 3 миллиона долларов и выплачивает игрокам 3,8 миллиона долларов [175]: 2 миллиона долларов, которые уже есть в фонде джекпота, и 1,8 миллиона долларов, полученных от продажи лотерейных билетов в этот день. В любой отдельно взятый день то, что заработал штат, проигрывают игроки, и наоборот. Следовательно, день перераспределения призового фонда – это благоприятный день для игры в лотерею; в приведенном выше случае игроки, купившие билеты, в сумме получили от штата 800 тысяч долларов.

Если игроки покупают 3,5 миллиона билетов, складывается совсем другая ситуация. В этом случае организатор лотереи забирает свою долю в размере 2,8 миллиона долларов и выплачивает игрокам оставшиеся 4,2 миллиона долларов. Если прибавить сюда уже имеющиеся в фонде джекпота 2 миллиона долларов, получится 6,2 миллиона долларов, что меньше 7 миллионов долларов, вырученных штатом за продажу билетов. Другими словами, несмотря на щедрое перераспределение призового фонда, лотерея стала настолько популярной, что штат все равно получает прибыль за счет игроков.

Это очень радует власти штата.

Момент равновесия наступает, когда доля в размере 40 % дохода, полученного в день перераспределения призового фонда, в точности равна 2 миллионам долларов, уже поступившим в общий фонд (то есть деньги, полученные от игроков, которые были довольно неопытными или склонными к риску, чтобы играть в WinFall без перераспределения призового фонда). Это 5 миллионов долларов, или 2,5 миллиона лотерейных билетов. Но если сумма немного меньше (а за весь период существования лотереи WinFall она всегда была меньше), WinFall обеспечивает игрокам возможность заработать немного денег.

На самом деле мы используем здесь удивительный, хотя и вполне соответствующий здравому смыслу факт под названием «аддитивность ожидаемой ценности». Предположим, мне принадлежит франшиза McDonald’s и кафе, причем ожидаемая годовая прибыль от McDonald’s составляет 100 тысяч долларов, тогда как ожидаемая чистая прибыль от кафе – 50 тысяч долларов. Безусловно, в разные годы эти показатели могут повышаться и падать; ожидаемая ценность означает, что в долгосрочной перспективе средняя сумма денег, которые заработает McDonald’s, составит около 100 тысяч долларов в год, а средняя сумма денег, полученных от кафе, – 50 тысяч долларов.

Принцип аддитивности гласит, что в среднем общая сумма выручки от гамбургеров бигмак и кофе мокачино составит 150 тысяч долларов, то есть сумму ожидаемой прибыли от каждого из двух направлений бизнеса.

Другими словами, этот принцип можно сформулировать так:

аддитивность – ожидаемая ценность суммы двух величин представляет собой сумму ожидаемой ценности первой величины и ожидаемой ценности второй величины.

Математики любят записывать рассуждения такого рода в виде формулы, как мы сделали это с коммутативностью сложения ( столько-то рядов с таким-то количеством отверстий – это тоже самое, что столько-то столбцов с таким-то количеством отверстий), написав формулу a × b = b × a . В данном примере, если X и Y – две величины, значение которых нам точно не известно, а E ( X ) – это сокращение от «ожидаемая ценность Х » (expected value of X ), тогда принцип аддитивности можно записать в таком виде:

E ( X + Y ) = E ( X ) + E ( Y ).

Вот как это связано с лотереей. Стоимость всех билетов в отдельно взятом розыгрыше – это сумма денег, выплаченных штатом. И эта стоимость не имеет никакого отношения к неопределенности [176]; это просто сумма денег, переданных в фонд других призовых категорий – в первом из приведенных выше примеров это 3,8 миллиона долларов. Ожидаемая ценность твердой суммы в размере 3,8 миллиона долларов составляет ровно столько, сколько вы ожидаете, – 3,8 миллиона долларов.