Binomická věta v genetice

Případy, kde jeden ze dvou alternativních jevů je možný během každého čísla pokusů. Aplikováním binomické věty, můžeme rychle vypočítat pravděpodobnost jakékoliv specifické sady jevů mezi velkým počtem potenciálních jevů. Např., v rodině jakékoliv velikosti můžeme vypočítat pravděpodobnost jakékoliv kombinace mužského či ženského potomka: v rodině o pěti dětech lze vypočítat pravděpodobnost čtyř dětí jednoho pohlaví a jednoho dítěte druhého pohlaví atd.

Binomická věta: (a + b)2 = 1 , kde a a b jsou pravděpodobnosti dvou alternativních jevů a n je počet pokusů. Pro každou hodnotu n má binomická věta svůj charakter. 

n dvojčlen rozvinutý dvojčlen
1 (a + b)1    a + b
2 (a + b)2    a2 + 2ab + b2
3 (a + b)3    a3 + 3a2b + 3ab2 + b2
4 (a + b)4    a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4
5 (a + b)5    a5 + 5a4b + 10a3b2 + 10a2b3 + 5ab4 + b5
n (a + b)n    an, an-1b, an-2b2, an-3b3, … b    neboli:

Numerické koeficienty předcházející každému výrazu lze snadno určit pomocí Pascalova trojúhelníku:

 

Použitím této metody lze rozčlenit například:

(a + b)7 = a7 + 7a6b + 21a5b2 + 35a4b3 + 35a3b4 + 21a2b5 + 7ab6 + b7

         a = chlapec = ½

         b = dívka = ½

Pak určíme odpovídající členy v rozvinutém dvojčlenu, kde n = 4:

         (a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4

Každý člen, mocnitel nad a reprezentuje počet chlapců a mocnitel nad b pak počet dívek. Takže přesné vyjádření pravděpodobnosti je:

         P =  6a2b2 = 6(½)2(½)2 = 6(½)4 = 6/16 = 3/8

Pravděpodobnost, že rodiny o 4 dětech budou mít dva chlapce a dvě dívky je 3/8.

Pro určení početního koeficientu pro jakoukoliv sadu mocnitelů (chceme-li znát pravděpodobnost určité kombinace ve skupině určitého rozsahu) může být aplikován jednoduchý vzorec: ,

kde n je celkový počet jevů; s je počet kolikrát se jev a stane; t je počet kolikrát se jev b stane; PA , PB jsou pravděpodobnosti příslušných jevů; ! je faktoriál (5! = 5.4.3.2.1 = 120; 0! = 1). Tedy  n = s + t. 

Použitím vzorce, určeme pravděpodobnost u rodiny se sedmi dětmi, kde bylo 5 chlapců a 2 dívky.  Pak s = 5, t = 2 a n = 7. Doplníme i 5 případů jevu A a 2 případy jevu B.

    

V rodinách se sedmi dětmi, průměrně, je 21/128 předpovězeno, že mají 5 chlapců a 2 dívky.

V rodině, kde oba rodiče mají normální pigmentaci se narodilo albinotické dítě. Tzn. že oba rodiče museli být heterozygoti v genu pro pigmentaci. Jestliže mají 6 dětí, jaká je pravděpodobnost, že 4 budou normální (A) a 2 budou albíni (B)?

Na základě křížení Aa x Aa?  A = ¾; B = ¼

        

  Využití výpočtu na základě binomické věty je v různých oblastech genetiky, včetně analýzy polygenních vlastností a studiu populační rovnováhy.

Binomické rozdělení objevil i Mendel ve svých štěpných poměrech a je charakteristické právě pro genetickou problematiku. Popřemýšlejte znovu o Mendelových experimentech a jeho závěrech z tohoto matematického pohledu!