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ECMT 3160: Exercise 3, Section 3.3

2021

Question.  Four children are picked at random (with no replacement) from a family which includes exactly two boys. The chance that neither boy is chosen is half the chance that both are chosen. How large is the family?

Answer. Let n denote the number of children in the family. From the question we deduce that there are (nn!4)!  permutations of 4 children from n. This information will be needed for sampling without replace-

ment. We also deduce from the question that we need to consider the following two events:

A = {no boy is chosen}   and   B = {2 boys are chosen},

as the information provided takes the following form: P (A)= P (B)/2. The sample space 。is the set of all

tuples of size 4, whose components we pick from a set of children of size n, which implies that || = Thus, we need to compute |A| and |B| to calculate P (Aand P (B, as

n!

(n4)! .

P (A|A|    and   P (B|B|

and then use P (A)= P (B)/2 to find n.

Starting with the event A. No boy is chosen means that there are n - 2 children from which to select 4 without replacement. Hence, |A| = n 4(一)2.

For the event B, from selecting 2 boys, we have left n - 2 girls. Thus, there are ╱n 2(一)2girls that can be chosen on the event B. This implies |B| = n 2(一)2.

Now we are in a position to use the equality P (A)= P (B)/2. Substituting the probabilities with their corresponding expressions, we obtain

4   ÷e  2 n4(-) 2= n2(-) 2,

which is an equation in n. We can use it to solve for n. After some tedious algebra simplifying the above equation, we arrive to the quadratic equation: n2 - yn + 14 =  〇. Finally, we can use the quadratic formula to compute the roots of this equation. We have n = 982(1) 414 , which simplifies to n ∈ {2, 7}. Since there

are two boys, and at least two girls, the answer must be n = 7. Hence, the family consists of 7 children, 2 of which are boys with 5 girls.