Không gian mẫu và Biến cố 🎲

Định nghĩa & Tính chất

1. Phép thử ngẫu nhiên và Không gian mẫu

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 $n(\Omega)$.

2. Biến cố

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 $n(A)$.

Các biến cố đặc biệt

  • Biến cố chắc chắn: Là biến cố bằng với không gian mẫu ($\Omega$). Biến cố này luôn xảy ra.
  • Biến cố không thể: Là biến cố rỗng ($\emptyset$). Biến cố này không bao giờ xảy ra.
  • Biến cố đối: Biến cố đối của A, ký hiệu là $\bar{A}$, là tập hợp các kết quả trong $\Omega$ mà không thuộc A.

3. Sơ đồ tư duy

  • Không gian mẫu & Biến cố
    • Phép thử ngẫu nhiên
      • Hành động không đoán trước được kết quả.
    • Không gian mẫu ($\Omega$)
      • Là tập hợp tất cả các kết quả có thể xảy ra.
    • Biến cố (A)
      • Là tập hợp con của không gian mẫu $\Omega$.
      • Các loại: Chắc chắn ($\Omega$), Không thể ($\emptyset$), Đối ($\bar{A}$).

Ví dụ Minh họa

Ví dụ 1: Gieo một con súc sắc cân đối

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:

  • A: "Mặt xuất hiện là số chẵn". Ta có $A = \{2, 4, 6\}$ và $n(A)=3$.
  • B: "Mặt xuất hiện là số lớn hơn 4". Ta có $B = \{5, 6\}$ và $n(B)=2$.
  • $\bar{A}$: "Mặt xuất hiện là số lẻ". Ta có $\bar{A} = \{1, 3, 5\}$.

Ví dụ 2: Tung một đồng xu hai lần

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:

  • C: "Có ít nhất một mặt sấp". Ta có $C = \{SS, SN, NS\}$ và $n(C)=3$.
  • D: "Hai lần tung có kết quả giống nhau". Ta có $D = \{SS, NN\}$ và $n(D)=2$.

Sai lầm thường gặp

1. Liệt kê thiếu hoặc thừa phần tử của không gian mẫu

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.

2. Nhầm lẫn giữa kết quả và biến cố

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 tập

Bài tập Cơ bản

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.

Xem đáp án

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.

Xem đáp án

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 tập Nâng cao

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.

Xem đáp án

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.

Xem đáp án

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:

$n(B) = C_{10}^1 \cdot C_{15}^2 = 10 \cdot 105 = 1050$.