1. Một số khái niệm về xác suất

Phép thử ngẫu nhiên và không gian mẫu

• Một trong những khái niệm cơ bản của lí thuyết xác suất là phép thử, chẳng hạn: tung đồng xu, gieo xúc xắc, ...

Trong toán học phổ thông, ta chỉ xét những phép thử có thể xác định được tập hợp tất cả các kết quả có thể xảy ra của phép thử đó và tập hợp này là tập hữu hạn.

• Có những phép thử mà ta không thể đoán trước được kết quả của nó, mặc dù đã biết tập hợp các kết quả có thể có của phép thử đó. Những phép thử như thế gọi là phép thử ngẫu nhiên (gọi tắt là phép thử).

Chẳng hạn, khi tung một đồng xu, ta biết được mặt xuất hiện của đồng xu là hoặc sấp hoặc ngửa.

Tập hợp Ω  các kết quả có thể xảy ra của một phép thử gọi là không gian mẫu của phép thử đó.

Trong phép thử: "Gieo xúc xắc một lần", kết quả của phép thử là số chấm trên mặt xuất hiện của xúc xắc. Ta có, tập hợp Ω = {1; 2; 3; 4; 5; 6} (chẳng hạn số 3 biểu thị cho mặt xuất hiện của xúc xắc là mặt 3 chấm).

Biến cố

• Mỗi sự kiện liên quan đến phép thử T tương ứng với chỉ một tập con A của không gian mẫu Ω. Ngược lại, mỗi tập con A của không gian mẫu Ω có thể phát biểu dưới dạng mệnh đề nêu sự kiện liên quan đến phép thử T.

• Tổng quát: Biến cố ngẫu nhiên (gọi tắt là biến cố) là một tập con của không gian mẫu.

Chú ý: Vì sự kiện chỉ ra tính chất đặc trưng cho các phần tử của một biến cố nên ta cũng gọi sự kiện là biến cố. Chẳng hạn: Sự kiện "Kết quả của hai lần tung là giống nhau" trong phép thử "Tung một đồng xu hai lần liên tiếp" là một biến cố.

Biến cố không. Biến cố chắc chắn. Biến cố đối

Xét  phép thử T với không gian mẫu Ω

• Mỗi biến cố là một tập con của tập hợp Ω. Vì thế, tập rỗng ∅ cũng là một biến cố, gọi là biến cố không thể (gọi tắt là biến cố không). Còn tập hợp Ω gọi là biến cố chắc chắn.

Chẳng hạn, khi gieo một xúc xắc, biến cố "Mặt xuất hiện có 7 chấm" là biến cố không, còn biến cố "Mặt xuất hiện có số chấm không vượt quá 6" là biến cố chắc chắn.

• Giả sử A là một biến cố, như vậy A ⊂ ΩTập con Ω \ A (là phần bù của A trong Ω) xác định một biến cố, gọi là biến cố đối của biến cố A, kí hiệu là ${\color{Blue}\overline{A}}$.

Chẳng hạn, gieo xúc xắc một lần, biến cố "Mặt xuất hiện của xúc xắc có số chấm là số lẻ" là biến cố đối của biến cố "Mặt xuất hiện của xúc xắc có số chấm là số chẵn".

Chú ý: Nếu biến cố A được mô tả dưới dạng mệnh đề toán học Q thì biến cố đối $\overline{A}$ được mô tả bằng mệnh đề phủ định của mệnh đề Q (tức là mệnh đề $\overline{Q}$).

Xác suất của biến cố

Xác suất của biến cố A trong một phép thử, kí hiệu là P(A), bằng tỉ số ${\color{Blue}\frac{n(A)}{n(Ω)}}$, ở đó n(A), n(Ω) lần lượt là số phần tử của hai tập hợp A và Ω. Như vậy:

P(A) = $\frac{n(A)}{n(Ω)}$.

Ví dụ

1) Xét phép thử “Gieo một xúc xắc hai lần liên tiếp”.

a) Sự kiện “Số chấm trong lần gieo thứ hai là 6” tương ứng với biến cố nào của phép thử trên?

b) Phát biểu biến cố E = {(5 ; 6); (6 ; 5); (6 ; 6)} của không gian mẫu (trong phép thử trên) dưới dạng mệnh đề nêu sự kiện.

Giải

a) Sự kiện tương ứng với biến cố A = { (1 ; 6); (2 ; 6); (3 ; 6); (4 ; 6); (5 ; 6); (6 ; 6) } của phép thử.

b) Ta nhận thấy: 5+6 = 11; 6+5 = 11; 6+6 = 12. nên biến cố E nêu sự kiện “Tổng số chấm của hai lần gieo không nhỏ hơn 11”.

 

2) Có 5 bông hoa màu trắng, 5 bông hoa màu vàng và 6 bông hoa màu đỏ. Người ta chọn ra 4 bông hoa từ các bông hoa trên. Tính xác suất của biến cố “Bốn bông hoa chọn ra có cả ba màu”.

Giải

Gọi T, V, Đ lần lượt là bông hoa có: màu trắng, màu vàng và màu đỏ. Tổng số bông hoa là: 5 + 5 + 6 = 16 (bông).

Mỗi lần chọn 4 bông hoa từ 16 bông hoa là một tổ hợp chập 4 của 16 phần tử nên không gian mẫu Ω có n(Ω) = $C_{16}^4$ = 1820 (phần tử).

Việc chọn 4 bông hoa có cả ba màu là thực hiện một trong ba hành động sau:

Hành động 1: Chọn ra 1 T, 1 V và 2 Đ; Hành động 2: Chọn ra 1 T, 2 V và 1 Đ; Hành động 3: Chọn ra 2 T, 1 V và 1 Đ.

• Với hành động 1: Chọn ra 1 T, 1 V và 2 Đ, ta cần thực hiện liên tiếp ba việc:

Chọn 1 T trong 5 T: Có 5 cách chọn.

Chọn 1 V trong 5 V: Có 5 cách chọn.

Chọn 2 Đ trong 6 Đ: Có $C_6^2$ cách chọn.

Nên theo quy tắc nhân, hành động 1 có: 5. 5. $C_6^2$ = 375 (cách chọn).

• Tương tự, hành động 2 chọn ra 1 T, 2 V và 1 Đ có: 5. $C_5^2$. 6 = 300 (cách chọn), và hành động 3 chọn ra 2 T, 1 V và 1 Đ có: $C_5^2$. 5. 6 = 300 (cách chọn).

Do đó, theo quy tắc cộng, số cách chọn 4 bông hoa đủ cả ba màu là: 375 + 300 + 300 = 975 (cách chọn).

Nên biến cố A: “Bốn bông hoa chọn ra có cả ba màu” có n(A) = 975 (phần tử).

Vậy xác suất của biến cố A là P(A) = $\frac{n(A)}{n(Ω)}=\frac{975}{1820}=\frac{15}{28}$.

2. Tính chất của xác suất

Xét phép thử T với không gian mẫu Ω. Khi đó,ta có các tính chất sau:

• P(∅) = 0; P(Ω) = 1;

• 0 ≤ P(A) ≤ 1 với mỗi biến cố A;

 • P($\overline{A}$) = 1 - P(A) với mỗi biến cố A.

Ví dụ

Có 15 bông hoa màu trắng và 15 bông hoa màu vàng. Người ta chọn ra đồng thời 10 bông hoa. Tính xác suất của biến cố A: “Trong 10 bông hoa được chọn ra có ít nhất một bông màu trắng”.

Giải

Mỗi cách chọn ra đồng thời 10 bông là một tổ hợp chập 10 của 30 phần tử. Do đó, không gian mẫu Ω có n(Ω)=$C_{30}^{10}$ (phần tử).

Ta có, biến cố $\overline{A}$: “Trong 10 bông hoa được chọn ra không có bông nào màu trắng”, tức là cả 10 bông được chọn ra đều màu vàng.

Mỗi cách chọn ra đồng thời 10 bông hoa màu vàng là một tổ hợp chập 10 của 15 phần tử. Do đó, n($\overline{A}$)=$C_{15}^{10}$ (phần tử).

Ta có, $P(\overline{A})=\frac{n(\overline{A})}{n(Ω)}=\frac{C_{15}^{10}}{C_{30}^{10}}=\frac{1}{10005}$.

Vậy xác suất của biến cố A là P(A) = 1 − P($\overline{A}$) = 1 − $\frac{1}{10005}=\frac{10004}{10005}$.

3. Nguyên lí xác suất bé

Nếu một biến cố ngẫu nhiên có xác suất rất bé thì thực tế có thể cho rằng trong một phép thử biến cố đó sẽ không xảy ra.

Tuy nhiên, một xác suất như thế nào được xem là bé phải tùy thuộc vào từng bài toán cụ thể. Ví dụ như xác suất để dù không mở là 0,01 (dùng cho nhảy dù) thì cũng không thể coi là bé và không thể dùng loại dù đó. Nhưng nếu xác suất để tàu về ga chậm là 0,01 thì lại có thể xem là tàu về ga đúng giờ.


Xem thêm các bài học khác :

Chương VI. Một số yếu tố thống kê và xác suất

Bài 1. Số gần đúng. Sai số
Bài 2. Các số đặc trưng đo xu thế trung tâm cho mẫu số liệu không ghép nhóm
Bài 3. Các số đặc trưng đo mức độ phân tán cho mẫu số liệu không ghép nhóm
Bài 4. Xác suất của biến cố trong một số trò chơi đơn giản
Bài 5. Xác suất của biến cố
Ôn tập chương VI. Một số yếu tố thống kê và xác suất