…daha sonra Can, hazırladığı üç zarı Numan’a gösterdi. Üç farklı renge boyanmış bu zarların üzerinde şu sayılar vardı.
Kırmızı: 2,2,4,4,9,9
Mavi: 1,1,6,6,8,8
Yeşil: 3,3,5,5,7,7
Can, ikisinin de bir zar seçeceğini ve büyük atanın kazanacağını söyledi. Kumar alışkanlığını henüz bırakamamış olan Numan zarları ilk seçimi kendisinin yapmak istediğini söyledikten sonra zarları incelemeye başladı. Can’ın iyi bir matematikçi olduğunu bilen Numan, Can tarafından bu sıradışı zarlarla kandırılmamak için kazanma olasılığı en yüksek olan zarı bulmak istiyordu.
Önce kırmızı zarı aldı. Bu zarın yüzlerinde 2,2,4,4,9,9 sayıları vardı. Diyelim ki Numan’ın kırmızı zar seçimine karşı Can yeşil zarı seçmişti. Yeşil zarın kırmızı zardan yüksek gelme olasılığı neydi?
- 1/3 olasılıkla yeşil zar 3 gelecek. Bu durumda, kırmızı zar 1/3 olasılıkla 2 gelecek ve yeşil zar daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla yeşil zar 5 gelecek. Bu durumda, kırmızı zar 2/3 olasılıkla 2 ya da 4 gelecek ve yeşil zar daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla yeşil zar 7 gelecek. Bu duruda, kırmızı zar 2/3 olasılıkla 2 ya da 4 gelecek ve yeşil zar daha yüksek olacak.
Demek ki yeşil zarın kırmızı zardan yüksek gelme olasılığı 1/3.1/3+1/3.2/3+1/3.2/3=5/9.
Diyelim ki Numan yeşil zarı seçti ve Can buna karşılık mavi zarı seçti. Bu durumda, mavi zarın yeşil zardan yüksek gelme olasılığı ne olacak?
- 1/3 olasılıkla mavi zar 1 gelecek. Bu durumda, yeşil zar ne gelirse gelsin mavi zardan daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla mavi zar 6 gelecek. Bu durumda, yeşil zar 2/3 olasılıkla 3 ya da 5 gelecek ve mavi zar daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla mavi zar 8 gelecek. Bu durumda, yeşil zar ne gelirse gelsin mavi zar daha yüksek olacak.
Demek ki mavi zarın yeşil zardan yüksek gelme olasılığı 1/3.0+1/3.2/3+1/3.1=5/9.
Mavi zarın yeşil zardan yüksek gelme olasılığı 1/2’den büyük ve yeşil zarın kırmızı zardan büyük gelme olasılığı 1/2’den büyük. Demek ki Numan mavi zarı seçmeli. Peki ya Can mavi zara karşı kırmızı zarı seçerse? Bu durumda kırmızı zarın mavi zardan yüksek gelme olasılığı ne olacak?
- 1/3 olasılıkla kırmızı zar 2 gelecek. Bu durumda, mavi zar 1/3 olasılıkla 1 gelecek ve kırmızı zar daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla kırmızı zar 4 gelecek. Bu durumda, 1/3 olasılıkla yeşil zar 1 gelecek ve kırmızı zar daha yüksek olacak.
- 1/3 olasılıkla kırmızı zar 9 gelecek. Bu durumda, yeşil zar ne gelirse gelsin kırmızı zar daha yüksek olacak.
Demek ki kırmızı zarın mavi zardan yüksek gelme olasılığı 1/3.1/3+1/3.1/3+1/3.1=5/9.
Numan bir yanlışlık yapmış olmalı. Kırmızının maviden büyük gelme olasılığı 1/2’den büyük, mavinin yeşilden büyük gelme olasılığı 1/2’den büyük, ancak kırmızının yeşilden büyük gelme olasılığı 1/2’den küçük!
Yaptığı hesabı tekrar kontrol eden Numan, hesapta bir yanlışlık olmadığını teyit edince az önce kanıtladığı teorem karşısında şaşkınlığını gizleyemedi.
Teorem: Öyle zar kümeleri 
olur.
Can’ın Numan için hazırladığı zar kümesi bu özelliğe sahip. Dolayısıyla Numan ilk zarı seçiyorsa, hangi zarı seçerse seçsin, Can kazanma olasılığını 1/2’den büyük yapacak bir zar seçebiliyor. Can’ın tasarladığı zarlar bu zar oyununda ikinci oyuncuya avantaj sağlıyor.
Bilmeyenler için hatırlatalım, bir > ikili ilişkisinin geçişken olması demek a>b ve b>c olmasının a>c olmasını gerektirmesi demek. Öte yandan her ikili ilişki geçişken olmak zorunda değil. Örneğin, yukarıdaki zar kümesi için “x zarının y zarından büyük gelme olasılığı 1/2’den büyüktür” ilişkisi bu zar kümesi üzerinde geçişken bir ilişki değil. Böyle zar kümelerine geçişken olmayan kümesi deniyor.
Sezgilerimiz şeyler arasındaki “üstünlük” ilişkisinin geçişken olması üzerine kurulu. Eğer A takımı B takımından güçlüyse ve B takımı da C takımından güçlüyse, o zaman A takımı C takımından güçlü olmalı, değil mi? Ancak yukarıdaki oyunda kırmızı zar mavi zarı “yeniyor”, mavi zar da yeşil zarı “yeniyor”, ancak kırmızı zar yeşil zarı “yenemiyor”. Aynı taş-kağıt-makas oyunundaki gibi…
İlk ortaya çıkışından beri pek çok geçişken olmayan zar kümesi keşfedilmiş durumda. Mesela Efron’un zarları denen ve yüzlerindeki sayılar
A: 4, 4, 4, 4, 0, 0
B: 3, 3, 3, 3, 3, 3
C: 6, 6, 2, 2, 2, 2
D: 5, 5, 5, 1, 1, 1
olan zar kümesinde P(A>B)=P(B>C)=P(C>D)=P(D>A)=2/3 oluyor. Geçişken olmayan çeşitli zar kümesi örneklerine ilgili Wikipedia yazısından ulaşılabilir.
Bir Zar Atmak vs. İki Zar Atmak
Geçişken olmayan zar kümeleri başlı başına sezgi karşıtı şeyler. Öte yandan, ilgili olasılık hesaplarını bizzat yaptıktan sonra bu zarların yarattığı şaşkınlık hissi biraz kaybolmuş olabilir.
Bu yüzden yazının bu son bölümünde yukarıdakinden çok daha ilginç bir özelliği sağlayan bir geçişken olmayan zar kümesinden bahsedeceğiz. Yüzlerindeki sayılar aşağıdaki gibi verilmiş olan üç zarımız olsun.
A: 3 3 3 3 3 6
B: 2 2 2 5 5 5
C: 1 4 4 4 4 4
Bu durumda benzer bir hesapla x>y ile göstereceğimiz “x zarının y zarından büyük gelme olasılığı 1/2’den büyüktür” ilişkisi altında A>B>C olduğunu gösterebilirsiniz.
Şimdi her zarın sayısını ikiye çıkartalım. İki tane A zarı ve iki tane B zarı attığımızda, A>B olduğu için, A zarlarının toplamlarının B zarlarının toplamlarından büyük olmasını beklersiniz, değil mi? Değil!
Biraz daha zahmetli bir hesapla şu gösterilebilir ki iki tane A zarının toplamının iki tane B zarının toplamından küçük gelme olasılığı 1/2’den büyük. Benzer şekilde iki tane B zarının toplamının iki tane C zarının toplamından küçük gelme olasılığı ve iki tane C zarının toplamının iki tane A zarının toplamından küçük gelme olasılığı 1/2’den büyük. Yani bu zarlardan birer tane kullandığımızda elde ettiğimiz döngü, her zarın sayısını ikiye çıkarttığımızda tersine dönüyor.
Bu ilginç zar kümesi (ve başka geçişken olmayan zar kümeleri hakkında) şu bağlantıdaki sayfayı okuyabilirsiniz. Özellikle, Grime zarları denen beş zardan oluşan geçişken olmayan zar kümesi üzerindeki “üstünlük” haritası ve zarların sayısını ikiye çıkarttığımızda bu haritanın nasıl değiştiğini görmek bir hayli şaşırtıcı.
Not: Bu içerik, Can Numan’ın blog yazısından alınarak izni doğrultusunda düzenlenmiştir.
Yazar: Can Numan (müstear isimdir)
Site Editörü: Taner Beyter
