Phép thử ngẫu nhiên (gọi tắt là phép thử) là một hành động hay thí nghiệm mà ta không thể dự đoán trước được kết quả, mặc dù đã biết tất cả các kết quả có thể xảy ra.
Không gian mẫu của một phép thử, ký hiệu là $\Omega$ (Omega), là tập hợp tất cả các kết quả có thể xảy ra của phép thử đó. Số phần tử của không gian mẫu được ký hiệu là $n(\Omega)$.
Biến cố, ký hiệu là A, B, C,..., là một tập hợp con của không gian mẫu $\Omega$. Một biến cố A được cho là xảy ra khi kết quả của phép thử là một phần tử của tập hợp A.
Số phần tử của biến cố A (số kết quả thuận lợi cho A) được ký hiệu là $n(A)$.
Phép thử: Gieo một con súc sắc 6 mặt một lần.
Không gian mẫu: Tập hợp các mặt có thể xuất hiện là $\Omega = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}$.
Số phần tử không gian mẫu: $n(\Omega) = 6$.
Xét các biến cố:
Phép thử: Tung một đồng xu cân đối hai lần liên tiếp (S: sấp, N: ngửa).
Không gian mẫu: $\Omega = \{SS, SN, NS, NN\}$.
Số phần tử không gian mẫu: $n(\Omega) = 4$.
Xét các biến cố:
Lỗi: Khi phép thử có nhiều bước (ví dụ: gieo 2 súc sắc), dễ bị bỏ sót các trường hợp có thể xảy ra.
Khắc phục: Sử dụng phương pháp liệt kê có hệ thống. Ví dụ: lập bảng hoặc vẽ sơ đồ cây. Với phép thử gieo 2 súc sắc, có thể lập bảng 6x6 để đảm bảo không bỏ sót cặp kết quả nào.
Lỗi: Coi một biến cố là một kết quả đơn lẻ.
Ví dụ: Với phép thử gieo súc sắc, "kết quả là 3" là một phần tử, còn "biến cố mặt lẻ xuất hiện" là một tập hợp $\{1, 3, 5\}$.
Khắc phục: Luôn nhớ không gian mẫu và biến cố là các **tập hợp**. Mỗi kết quả của phép thử là một **phần tử** của các tập hợp đó.
Bài 1: Một hộp có 4 quả bóng được đánh số từ 1 đến 4. Lấy ngẫu nhiên ra 2 quả bóng. Mô tả không gian mẫu.
Các kết quả có thể xảy ra là các cặp gồm 2 số khác nhau từ $\{1, 2, 3, 4\}$.
Không gian mẫu: $\Omega = \{\{1,2\}, \{1,3\}, \{1,4\}, \{2,3\}, \{2,4\}, \{3,4\}\}$.
Số phần tử không gian mẫu là $n(\Omega) = C_4^2 = 6$.
Bài 2: Gieo hai con súc sắc cân đối. Xét biến cố A: "Tổng số chấm xuất hiện trên hai mặt bằng 5". Liệt kê các phần tử của A.
Các cặp kết quả có tổng bằng 5 là:
$A = \{(1,4), (4,1), (2,3), (3,2)\}$.
Số phần tử của A là $n(A) = 4$.
Bài 3: Một lớp học có 15 nam và 10 nữ. Chọn ngẫu nhiên một ban cán sự lớp gồm 3 người. Tính số phần tử của không gian mẫu.
Tổng số học sinh là $15+10=25$.
Mỗi cách chọn 3 người từ 25 người là một tổ hợp chập 3 của 25.
Số phần tử của không gian mẫu là: $n(\Omega) = C_{25}^3 = \frac{25!}{3!(25-3)!} = \frac{25 \cdot 24 \cdot 23}{3 \cdot 2 \cdot 1} = 2300$.
Bài 4: Vẫn từ bài toán trên (lớp có 15 nam, 10 nữ, chọn 3 người), xét biến cố B: "Ban cán sự lớp có đúng 1 bạn nữ". Tính số phần tử của biến cố B.
Để chọn ban cán sự có đúng 1 nữ, ta thực hiện hai công đoạn:
1. Chọn 1 bạn nữ từ 10 bạn nữ: có $C_{10}^1 = 10$ cách.
2. Chọn 2 bạn nam từ 15 bạn nam: có $C_{15}^2 = \frac{15 \cdot 14}{2} = 105$ cách.
Theo quy tắc nhân, số kết quả thuận lợi cho biến cố B là:
$n(B) = C_{10}^1 \cdot C_{15}^2 = 10 \cdot 105 = 1050$.