Lớp 9 · Chương VIII: Xác suất của biến cố trong một số mô hình xác suất đơn giản

Bài 25: Phép thử ngẫu nhiên và không gian mẫu

🚀 Khởi động

🎲 Trò chơi và sự may rủi tính toán

Từ việc dự báo thời tiết cho tới việc đổ xúc xắc trong các trò chơi cờ tỉ phú, cờ cá ngựa… đa phần các sự kiện trong thế giới này đều chịu sự chi phối ngầm của tính ngẫu nhiên (May rủi).

Khi bạn ném một đồng xu lên không trung, sẽ không ai có thể xác định chính xác nó sẽ rơi xuống là mặt sấp (S) hay mặt ngửa (N). Điều duy nhất mà con người và toán học có thể chắc chắn được đó là: Nó sẽ CHỈ rơi vào 1 trong 2 trường hợp S hoặc N, chứ tuyệt nhiên không thể ra các mặt hiện tượng khác không tồn tại.

Quá trình “ném đồng xu” đó được giới xác suất thống kê định danh một khái niệm khoa học là: Phép thử ngẫu nhiên. Khái niệm lý thuyết này là nền móng viên gạch đầu tiên khởi sinh nên định luật Tính xác suất.

🔍 I. Lý thuyết trọng tâm

📖 1. Phép thử ngẫu nhiên. Không gian mẫu

  • Phép thử ngẫu nhiên (gọi tắt là phép thử) là một phép thử hay hành động bốc thăm, gieo xúc xắc… mà ta không thể đoán trước được trước kết quả của nó. Tuy nhiên, trước khi hành động, ta có khả năng mô tả và liệt kê tất cả các kết quả có thể xảy ra của phép thử đó.
  • Tập hợp mọi kết quả có thể xảy ra của một phép thử ngẫu nhiên được gọi là Không gian mẫu của phép thử đó.
  • Không gian mẫu thường được kí hiệu bằng chữ cái Hy Lạp Ω\Omega. Số phần tử (chứa trong) không gian mẫu Ω\Omega được kí hiệu phổ biến là n(Ω)n(\Omega) (hoặc Ω|\Omega|).

Ví dụ:

  1. Hoạt động ném 1 đồng xu: Kết quả chỉ có thể là Sấp (S) hoặc Ngửa (N).

    • Không gian mẫu: Ω={S,N}\Omega = \{S, N\}.
    • Số phần tử của không gian mẫu: n(Ω)=2n(\Omega) = 2.
  2. Hành động tung 1 con xúc xắc: Mặt hiện ra có thể là chấm (1, 2, 3, 4, 5, 6).

    • Không gian mẫu: Ω={1,2,3,4,5,6}\Omega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}.
    • Có tổng số n(Ω)=6n(\Omega) = 6 kết quả chia đều.

📖 2. Biến cố và các kết quả thuận lợi

  • Biến cố là một sự kiện (hiện tượng) liên quan trực tiếp đến các thành quả của một phép thử ngẫu nhiên. Nó sẽ chỉ xảy ra hoặc không xảy ra sau khi phép thử đã thực thi xong.
  • Các biến cố thường được gọi tên bằng những kí hiệu chữ cái in hoa như A,B,CA, B, C \dots.
  • Mỗi biểu hiện kết quả của phép thử làm cho một biến cố EE xảy ra được gọi là một kết quả thuận lợi đài đáp của biến cố EE. Tập hợp các kết quả thuận lợi đó ứng với tập con của không gian mẫu Ω\Omega.

Ví dụ ứng dụng của Biến cố: Quay lại việc tung con xúc xắc (Không gian mẫu Ω={1,2,3,4,5,6}\Omega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}). Bạn xét xét một biến cố EE được định nghĩa: “Xuất hiện mặt có số chấm là số nguyên tố”.

  • Số nguyên tố nằm trên khoảng cấu thành từ 11 đến 66 là các chỉ số: 2,3,52, 3, 5.
  • Vậy biến cố EE xảy ra nếu và chỉ nếu xúc xắc rơi vào một trong các mặt thuộc tập {2,3,5}\{2, 3, 5\}.
  • Tập hợp {2,3,5}\{2, 3, 5\} được gọi là những kết quả thuận lợi của biến cố EE. Nghĩa là tập có biểu diễn n(E)=3n(E) = 3.

🖩 3. Mô phỏng Không gian mẫu

Công cụ dưới đây giúp bạn mô phỏng quá trình gieo xúc xắc, gieo đồng xu hàng loạt trong không gian ảo. Từ hàng ngàn phép thử bạn sẽ thấy phân bố các biến cố xuất hiện dựa trên lượng lớn lần gieo không gian mẫu sẽ được tự động đếm.

Máy Mô Phỏng Phép Thử Ngẫu Nhiên

🌍 II. Các dạng toán và Phương pháp giải

Dạng 1: Xác định không gian mẫu của phép thử Phương pháp:

  • Nắm bắt quy trình hoạt động của phép thử được mô tả trong đề bài (như rút 1 lá, lấy ngẫu nhiên 2 quả bóng…).
  • Liệt kê theo cấu trúc tất cả những trường hợp có thể diễn ra thành một hệ thống theo dạng đại số kí tự đóng trong ngoặc chéo Ω={}\Omega = \{\dots\}.
  • Đếm tổng số phần tử để đối chiếu và sử dụng nó làm số lượng không gian mẫu n(Ω)n(\Omega). Tránh liệt kê thừa (trùng lặp) hoặc liệt kê thiếu dữ kiện nhánh.

Ví dụ 1: Thực hiện phép thử gieo liên tiếp hai đồng xu cùng một lúc. Hãy mô tả cấu tạo của không gian mẫu Ω\Omega cho hành động trên và xác định chính xác n(Ω)n(\Omega)?

Hướng dẫn:

  • Gieo một đồng xu, ta có hai biến S và N. Khi tung hai đồng, ta phải lập mô hình cặp đôi.
  • Phép lai chia nhánh ra gồm 4 kịch bản: (Sấp, Sấp), (Sấp, Ngửa), (Ngửa, Sấp), (Ngửa, Ngửa).
  • Kết luận lập biên thu được không gian mẫu: Ω={(S,S),(S,N),(N,S),(N,N)}\Omega = \{(S, S), (S, N), (N, S), (N, N)\}.
  • Đếm số phần tử ta nhận được n(Ω)=4n(\Omega) = 4. (Lưu ý, (S, N) và (N, S) là phân tử mang biểu trưng khác nhau vì là do hai biến độc lập tạo thành).

Dạng 2: Phân nhóm các kết quả thuận lợi cho Biến cố Phương pháp:

  • Cho trước một mệnh đề về một định nghĩa Biến cố (ví dụ: Biến cố rút được bi màu xanh).
  • Tiến hành truy tìm tất cả các phần tử trong không gian mẫu Ω\Omega thỏa mãn trọn vẹn đặc trưng điều kiện của mệnh đề đó.
  • Gộp các yếu tố vào một tập hợp và đếm thành giá trị n(A)n(A) hoặc số lượng khả dĩ thành công cho hiện tượng đó xảy ra.

Ví dụ 2: Một hộp kín chứa 2020 viên bi được đánh số theo thứ tự từ 11 đến 2020. Rút ngẫu nhiên một viên bi duy nhất từ trong chiếc hộp đó. Đặt tên biến cố KK: “Viên bi rút ra có đánh số chẵn và lớn hơn 1313”. Liệt kê tập hợp các kết quả thuận lợi cho biến cố KK?

Hướng dẫn:

  • Không gian mẫu Ω\Omega của kho hộp chứa mốc từ: {1,2,3,,20}\{1, 2, 3, \dots, 20\}.
  • Để thỏa mãn quy định của biến cố KK, con số XX trên bi phải tuân thủ điều kiện cấu thành: “Số chẵn” đồng thời "X>13X > 13".
  • Lọc từ dải số ta thấy các số chẵn lớn hẳn 1313 trong phạm vi tới 2020 chỉ bao gồm: 14,16,18,2014, 16, 18, 20.
  • Các kết quả thuận lợi thuộc tập hợp biến cố KK là: {14,16,18,20}\{14, 16, 18, 20\}. Tức là có n(K)=4n(K) = 4 phần tử thuận lợi!
✏️ Luyện tập trắc nghiệm
Câu 1 / 8
Dễ0 đã trả lời

Phép thử ngẫu nhiên là gì?


📝 Bài tập tự luận

Bài 1: Cho một hộp quay lô tô ngẫu nhiên có chứa 100100 quả bóng y hệt và đều nhau, được đánh đánh kí hiệu số thứ tự từ 11 cho tới 100100. Người dẫn chương trình xoay lồng máy và lấy ra duy nhất một bóng ngẫu nhiên. Xét biến cố FF: “Quả bóng được quay ngẫu nhiên rút trúng mang một con số tròn chục”.

a) Giải trình Không gian mẫu Ω\Omega của phép thử trên? Nó có quy mô cỡ là bao nhiêu? b) Liệt kê cụ thể tất cả các kết quả thuận lợi thỏa mãn cho biến cố tròn chục FF xuất hiện. c) Cho gọi n(F)n(F) là số đếm của tập FF. Viết công thức tỉ số khả năng số biến xuất hiện giữa n(F)n(F)n(Ω)n(\Omega)?

Bài 2: Lôi từ hộc tủ ra một bộ bài Tây 52 lá tiêu chuẩn, thực thi một thao tác “Rút ngẫu nhiên 1 lá”.

  • Biến cố A: “Rút được lá Cơ hoặc Rô (lá màu đỏ)”.
  • Biến cố B: “Rút được vị trí lá Át (A)”.

a) Cho biết số các kết quả thuận lợi đối với Biến cố A (Đỏ) và Biến cố B (Át) lần lượt là gì? b) Xây dựng Biến cố kép CC: “Rút được lá bài vừa là Át vừa là Chất Đỏ”. Số kết quả thuận lợi cho C là bao nhiêu phần tử?

📊 Hướng dẫn giải

Bài 1: a) Không gian mẫu bao trùm mọi kết quả là: Ω={1,2,3,,100}\Omega = \{1, 2, 3, \dots, 100\}. Tổng số phần tử được đếm là n(Ω)=100n(\Omega) = 100. b) Phép chọn lọc ra các dòng số “tròn chục” bên trong mảng giới hạn 100100. Có những điểm thỏa mãn: Tập hợp các kết quả cho biến cố F là: F={10,20,30,40,50,60,70,80,90,100}F = \{10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100\}. c) Số lượng phần tử cho tập F là đếm được n(F)=10n(F) = 10. Lập tỉ số n(F)/n(Ω)=10100=110n(F) / n(\Omega) = \frac{10}{100} = \frac{1}{10}. Tỉ số này mang ý nghĩa là cứ lấy ngẫu nhiên 10 lần thì trung bình có 1 lần rơi vào nhóm tròn chục.

Bài 2: Bộ bài có 5252 lá phân làm 44 chất đánh dấu: Cơ, Rô, Chuồn (Tép), Bích. Mỗi chất trải từ hạng 22 đến AA (tổng cộng 13 lá/chất). a) Số kết quả thuận lợi cho Biến cố A (lá màu Đỏ - bao gồm các chất Cơ và Rô) là: n(A)=13+13=26n(A) = 13 + 13 = 26 (chiếc lá). Số kết quả thuận lợi cho Biến cố B (rút trúng lá vị trí Át) là: n(B)=4n(B) = 4 (lá, bao gồm Át Cơ, Át Rô, Át Chuồn, Át Bích). b) Biến cố C (vừa là lá Át kết hợp thỏa điều kiện chất Đỏ). Rõ ràng trong khối điều kiện đó chỉ có đúng 2 chiếc lá Át có cấu trúc Đỏ: Át Cơ và Át Rô. Vậy số đáp ứng tính kiện cho Biến cố C là n(C)=2n(C) = 2 phần tử giới hạn.