一个班里50个人,有3个人同一天生日的概率是多少?

在50个人的班级里,至少有3个人同一天生日的概率大约是 12.6%

相较于“至少2人同生日”的计算,计算“至少3人同生日”的难度要大得多。

为什么计算变得复杂了?

在前面计算“至少2人同一天生日”时,我们只需要计算它的反面(即所有人的生日都不一样),然后用 1 减去即可。

但对于“至少3人同一天生日”,它的反面是“没有任何3个人的生日在同一天”。这个反面情况不仅包含“所有人生日都不一样”,还包含了大量“有两个人同生日,但没有第三个人加入”的情况(比如班里有1对重合、2对重合,甚至25对重合,只要没有3人同日即可)。因为需要把这些错综复杂的情况全部加起来,所以无法再用简单的连续相乘来解决。


估算方法:泊松近似 (Poisson Approximation)

在实际应用中,数学家通常会使用泊松分布来快速估算这个概率,计算过程相对直观:

  1. 寻找三人组合:在50个人中,任意挑出3个人,总共有 $\binom{50}{3}$ 种组合方式。

$$\binom{50}{3} = \frac{50 \times 49 \times 48}{3 \times 2 \times 1} = 19600 \text{ 种组合}$$

  1. 特定组合的概率:特定的3个人在同一天生日的概率是 $\frac{1}{365^2}$ (第一个人可以是任意一天,后面两人必须和第一个人的日子相同)。
  2. 期望值 ($\lambda$):全班出现“三人同生日组合”的期望次数为:

$$\lambda = 19600 \times \frac{1}{365^2} \approx 0.1471$$

  1. 泊松分布计算:利用泊松分布公式推算至少发生一次的概率($1 - e^{-\lambda}$):

$$P(\text{至少3人同日}) \approx 1 - e^{-0.1471} \approx 0.1368$$

泊松估算得出的结果约等于 13.7%。由于不同的三人组合之间并不是绝对独立的(比如A、B、C同日,也会影响A、B、D同日的概率),所以这种估算值会比精确值略微偏高一点点。


精确计算公式

如果需要得到精确的 12.6%,必须使用组合数学中的求和公式,把所有“不存在3人同日”的合法对数(从0对到25对)全部累加起来。其严谨的数学求和公式如下:

$$P(\text{至少3人同日}) = 1 - \sum_{i=0}^{\lfloor n/2 \rfloor} \frac{m! \cdot n!}{i! \cdot (n - 2i)! \cdot (m - n + i)! \cdot 2^i \cdot m^n}$$

公式中的变量说明:

  • $n$ 代表总人数(此处为 50)
  • $m$ 代表一年的天数(此处为 365)
  • $i$ 代表刚好有两个人同生日的“对数”(从 0 遍历到 25)

通过计算机对上述公式进行求和运算,最终精确结果即为 12.6%

结论: 虽然在50人的班级里,找到“两个人同一天生日”几乎是必然(97%),但要凑齐“三个人同一天生日”,概率就断崖式下降到了 12.6%。如果想让“3人同生日”的概率超过 50%,那么这个群体的人数需要达到 88人

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