AP Statistics

điều kiện 10%

10% condition

Còn gọi: 10% condition

Điều kiện 10% là quy tắc yêu cầu cỡ mẫu n không vượt quá 10% kích thước tổng thể N khi lấy mẫu không hoàn lại, để coi các quan sát là gần như độc lập.

Khi lấy một mẫu ngẫu nhiên đơn mà không hoàn lại từng đơn vị đã chọn, xác suất chọn trúng đối tượng tiếp theo thay đổi một chút sau mỗi lần rút vì tổng thể còn lại đã bớt đi một phần tử. Điều này phá vỡ giả định độc lập cần thiết để dùng các công thức phương sai (variance) và độ lệch chuẩn (standard deviation) của phân phối mẫu, do đó điều kiện 10% ra đời để giải quyết mâu thuẫn đó. Điều kiện này cho phép bỏ qua sự phụ thuộc nhỏ miễn là cỡ mẫu không quá lớn so với tổng thể, cụ thể là n0.10Nn \le 0.10N trong đó nn là cỡ mẫu và NN là kích thước tổng thể; vì vậy khi bất đẳng thức này đúng, việc rút mẫu không hoàn lại gần như tương đương với rút mẫu có hoàn lại, nên các công thức độ lệch chuẩn cho p^\hat{p} hay xˉ\bar{x} vẫn dùng được mà sai số không đáng kể. Trong bài toán hai mẫu, điều kiện này phải kiểm tra riêng cho từng tổng thể, nghĩa là cần cả n10.10N1n_1 \le 0.10N_1 lẫn n20.10N2n_2 \le 0.10N_2 trước khi coi hai mẫu là độc lập. Tuy nhiên cần phân biệt rõ: điều kiện 10% chỉ áp dụng cho mẫu chọn ngẫu nhiên từ một tổng thể hữu hạn, còn trong thí nghiệm ngẫu nhiên thì không cần kiểm tra điều kiện này, vì ở đó điều quan trọng là các đơn vị đã được phân ngẫu nhiên vào các nhóm, không phải việc mẫu có được rút từ một tổng thể lớn hơn hay không. Trên đề thi, điều kiện 10% luôn xuất hiện cùng điều kiện ngẫu nhiên hóa và điều kiện chuẩn, tạo thành bộ ba điều kiện bắt buộc phải nêu và chứng minh bằng số liệu cụ thể trước khi tiến hành khoảng tin cậy (confidence interval) hay kiểm định giả thuyết (hypothesis testing) cho tỉ lệ hoặc trung bình.

Ký hiệun ≤ 0.10N

Trực giác: Giống như múc nước từ một hồ rất lớn: múc vài gáo nhỏ thì mực nước hồ gần như không đổi, nên các lần múc coi như độc lập với nhau.

Công thức

n0.10N\htmlClass{fp-0}{n} \le \htmlClass{fp-1}{0.10N}

Dùng khi kiểm tra điều kiện độc lập cho suy diễn về tỉ lệ hoặc trung bình lấy từ một mẫu ngẫu nhiên đơn không hoàn lại; nếu có hai mẫu độc lập thì kiểm tra riêng cho từng mẫu, tức n10.10N1n_1 \le 0.10N_1n20.10N2n_2 \le 0.10N_2.

Trong đó

nncỡ mẫu được chọnNNcỡ tổng thể mà mẫu được rút ra

Khái niệm này sinh ra từ đâu

Điều kiện 10% không gắn với một tác giả hay một mốc năm nào được ghi lại trong các nguồn tra cứu; nó là một quy tắc thực hành được dùng rộng rãi trong thống kê nhập môn và trong chương trình AP Statistics, nhằm bảo vệ giả định độc lập khi ta lấy mẫu không hoàn lại (sampling without replacement).

Quy tắc này sinh ra từ một mâu thuẫn rất đời thường của việc khảo sát. Các mô hình suy luận về tỉ lệ (proportion) đều được xây dựng trên chuỗi phép thử Bernoulli (Bernoulli trials), tức là mỗi lần quan sát phải độc lập với những lần trước; nhưng khi đi hỏi ý kiến người dân qua điện thoại, không ai gọi lại người đã trả lời để hỏi thêm lần nữa. Vì vậy thực tế luôn là lấy mẫu không hoàn lại, và mỗi người được chọn lại làm thay đổi đôi chút thành phần của những người còn lại. Giới hạn cỡ mẫu ở mức một phần mười tổng thể khiến sự thay đổi ấy nhỏ đến mức có thể bỏ qua, nhờ đó phép tính vẫn dùng được như thể các quan sát độc lập. Cơ sở toán học đầy đủ của ngưỡng này nằm ngoài phạm vi một lớp thống kê nhập môn, nên nó được truyền lại dưới dạng một điều kiện cần kiểm tra.

Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe khô khan vì nó chính là con số trong phát biểu: mẫu phải không vượt quá 10% tổng thể, tức n0,1Nn \le 0{,}1N. Khác với phần lớn khái niệm thống kê được đặt theo tên người phát hiện, điều kiện này được gọi thẳng bằng ngưỡng của nó, một dấu hiệu cho thấy nó lớn lên trong lớp học và trong sách hướng dẫn giải đề chứ không ra đời từ một bài báo có tác giả cụ thể. Chữ "điều kiện" cũng đáng chú ý: trong đề thi, nó nằm cùng nhóm với các yêu cầu phải nêu rõ trước khi làm suy luận, bên cạnh điều kiện ngẫu nhiên (random condition) và điều kiện cỡ mẫu đủ lớn (large counts condition). Do đó tên gọi vừa là định nghĩa vừa là lời nhắc thao tác: đọc tên lên là đã biết phải so sánh cái gì với cái gì.

Hay hiểu sai

Điều kiện 10% viết là N10nN\ge 10n, không phải n10Nn\ge 10N.

Mẫu ngẫu nhiên không miễn cho bạn khỏi kiểm điều kiện 10%.

Điều kiện 10% không liên quan gì tới n30n\ge 30 hay tới npnpn(1p)n(1-p).

Có hai mẫu thì phải kiểm điều kiện 10% riêng cho từng mẫu.

Mẹo phòng thi

Viết hẳn con số vào bài, đừng chỉ ghi chữ "10% condition met".

Gặp thí nghiệm ngẫu nhiên hóa (randomized experiment) thì không cần kiểm điều kiện 10%.

Trong kiểm định tỉ lệ, luôn dùng p0p_0 chứ không dùng p^\hat p khi kiểm điều kiện đếm lớn.

Tần suất trong đề AP StatisticsThường xuyên

Ví dụ có lời giải

1Ví dụ 1/2
Một bệnh viện muốn ước lượng tỉ lệ bệnh nhân hài lòng với dịch vụ nội trú. Trong năm vừa qua bệnh viện có N=900N = 900 bệnh nhân nội trú. Nhóm khảo sát chọn ngẫu nhiên n=150n = 150 bệnh nhân từ danh sách này và phỏng vấn, việc chọn được thực hiện theo kiểu lấy không hoàn lại (sampling without replacement) vì không ai bị hỏi hai lần.
  1. aMẫu khảo sát này có thỏa điều kiện 10% hay không? Trình bày phép kiểm tra chứ không chỉ ghi kết luận.
  2. bNếu vẫn giữ tổng thể 900 bệnh nhân thì cỡ mẫu lớn nhất được phép là bao nhiêu? Ngược lại, nếu nhất định giữ n=150n = 150 thì tổng thể phải có ít nhất bao nhiêu bệnh nhân?
  3. cTrong bốn cặp (cỡ mẫu; cỡ tổng thể) sau, cặp nào thỏa điều kiện 10%: (40;500)(40;\,500), (60;550)(60;\,550), (25;200)(25;\,200), (120;1000)(120;\,1000)?
1Bước 1: Phát biểu đúng điều kiện trước khi tính. Khi lấy mẫu không hoàn lại, các quan sát không thật sự độc lập với nhau vì mỗi lần rút đi một cá thể thì thành phần còn lại của tổng thể đổi chút ít. Điều kiện 10% yêu cầu n0.10Nn \le 0.10N, nghĩa là cỡ mẫu không vượt quá một phần mười cỡ tổng thể; khi đó mức phụ thuộc nhỏ đến mức có thể bỏ qua và ta được phép dùng công thức sai số chuẩn của mẫu độc lập.
2Bước 2: Ý (a): tính ngưỡng rồi so sánh. Ta có 0.10N=0.10×900=900.10N = 0.10 \times 900 = 90, trong khi cỡ mẫu là 150150. Vì 150>90150 > 90 nên điều kiện 10% KHÔNG được thỏa. Nói cách khác, mẫu chiếm 150/9000.167150/900 \approx 0.167, tức khoảng 16.7%16.7\% tổng thể — vượt xa mức cho phép.
3Bước 3: Ý (b): giải bất phương trình theo từng ẩn. Nếu giữ N=900N = 900 thì n0.10×900=90n \le 0.10 \times 900 = 90, nên cỡ mẫu lớn nhất được phép là 9090 bệnh nhân. Nếu giữ n=150n = 150 thì từ 1500.10N150 \le 0.10N suy ra N1500N \ge 1500, tức tổng thể phải có từ 15001500 bệnh nhân trở lên. Cách viết gọn thường gặp là N10nN \ge 10n.
4Bước 4: Ý (c): kiểm lần lượt từng cặp bằng cùng một phép so sánh. Với (40;500)(40;\,500): 0.10×500=500.10 \times 500 = 50405040 \le 50, thỏa. Với (60;550)(60;\,550): 0.10×550=550.10 \times 550 = 5560>5560 > 55, không thỏa. Với (25;200)(25;\,200): 0.10×200=200.10 \times 200 = 2025>2025 > 20, không thỏa. Với (120;1000)(120;\,1000): 0.10×1000=1000.10 \times 1000 = 100120>100120 > 100, không thỏa. Vậy chỉ cặp đầu tiên đạt yêu cầu.

Mẫu 150150 bệnh nhân rút từ 900900 bệnh nhân chiếm tới khoảng 16.7%16.7\% tổng thể nên vi phạm điều kiện 10%; các quan sát phụ thuộc nhau đủ mạnh để sai số chuẩn tính theo công thức thông thường bị thổi phồng, và khoảng tin cậy cho tỉ lệ bệnh nhân hài lòng sẽ rộng hơn mức đáng có. Bệnh viện nên giảm cỡ mẫu xuống tối đa 9090 bệnh nhân, hoặc mở rộng khung lấy mẫu lên ít nhất 15001500 bệnh nhân. Trong bốn cặp ở ý (c), chỉ (n;N)=(40;500)(n;\,N) = (40;\,500) thỏa điều kiện 10%.

2Ví dụ 2/2
Một nhà máy tuyên bố tỉ lệ sản phẩm lỗi trong lô hàng N=5000N = 5000 sản phẩm chỉ là 8%8\%. Bộ phận kiểm định chất lượng lấy một mẫu ngẫu nhiên đơn giản gồm n=100n = 100 sản phẩm (không hoàn lại) và đếm được 1212 sản phẩm lỗi, tức p^=0.12\hat p = 0.12. Họ định dùng kiểm định zz cho một tỉ lệ với H0:p=0.08H_0: p = 0.08Ha:p>0.08H_a: p > 0.08.
  1. aKiểm tra điều kiện 10% cho mẫu này.
  2. bKiểm tra điều kiện chuẩn (normality condition) cho kiểm định nói trên và cho biết nên dùng p0p_0 hay p^\hat p.
  3. cDựa trên hai ý trên, bộ phận kiểm định có được phép tiến hành kiểm định zz hay không?
1Bước 1: Ý (a): so cỡ mẫu với một phần mười cỡ lô hàng. Ta có 0.10N=0.10×5000=5000.10N = 0.10 \times 5000 = 500, trong khi n=100n = 100. Vì 100500100 \le 500 nên điều kiện 10% được thỏa, và có thể xem 100100 sản phẩm được kiểm tra như 100100 quan sát độc lập dù việc lấy mẫu là không hoàn lại.
2Bước 2: Ý (b): chọn đúng giá trị tỉ lệ để thay vào. Trong một kiểm định giả thuyết, phân phối mẫu được dựng dưới giả định H0H_0 đúng, nên điều kiện đếm lớn phải dùng giá trị giả thuyết p0=0.08p_0 = 0.08 chứ không dùng tỉ lệ mẫu p^=0.12\hat p = 0.12. Yêu cầu là np010np_0 \ge 10n(1p0)10n(1-p_0) \ge 10.
3Bước 3: Thay số: np0=100×0.08=8np_0 = 100 \times 0.08 = 8n(1p0)=100×0.92=92n(1-p_0) = 100 \times 0.92 = 92. Vì 8<108 < 10 nên điều kiện chuẩn KHÔNG thỏa. Nếu vô ý thay p^\hat p vào, ta được 100×0.12=12100 \times 0.12 = 12100×0.88=88100 \times 0.88 = 88, cả hai đều vượt 1010 và cho kết luận ngược hẳn — đó chính là chỗ mất điểm thường gặp; công thức dùng p^\hat p chỉ dành cho khoảng tin cậy (confidence interval).
4Bước 4: Ý (c): ráp ba điều kiện lại. Mẫu là mẫu ngẫu nhiên đơn giản nên điều kiện ngẫu nhiên hóa (randomization condition) đạt; điều kiện 10% đạt theo Bước 1; nhưng điều kiện chuẩn hỏng theo Bước 3. Ba điều kiện phải cùng đúng thì mới được xấp xỉ phân phối của p^\hat p bằng phân phối chuẩn, vì vậy chỉ một điều kiện hỏng là đủ để dừng.

Mẫu 100100 sản phẩm chỉ chiếm 2%2\% lô hàng 50005000 sản phẩm nên điều kiện 10% được thỏa hoàn toàn, tuy nhiên np0=8<10np_0 = 8 < 10 khiến điều kiện chuẩn thất bại. Do đó bộ phận kiểm định không được dùng kiểm định zz cho một tỉ lệ với dữ liệu hiện có; họ cần tăng cỡ mẫu (chẳng hạn n125n \ge 125 để có np010np_0 \ge 10) — mà cỡ mẫu đó vẫn nằm dưới ngưỡng 500500 nên điều kiện 10% tiếp tục được giữ. Ví dụ này cho thấy điều kiện 10% và điều kiện chuẩn kiểm hai chuyện khác nhau: một cái lo tính độc lập, một cái lo hình dạng phân phối mẫu.

Bạn nắm chắc chưa?

Quiz câu thật từ ngân hàng đề

Vài câu thật gắn đúng khái niệm này, chấm ngay kèm giải thích từng đáp án — hệ thống ghi nhớ bạn nắm tới đâu.

Tạo tài khoản miễn phí

Học tiếp từ đây

Mục tiêu và lộ trình unit xem miễn phí — làm bài tập và lưu tiến độ cần tài khoản 0đ.

Hay nhầm với

Khác nhau ở đâuĐiều kiện 10% kiểm tra tính độc lập giữa các quan sát khi lấy mẫu không hoàn lại. Điều kiện thành công–thất bại kiểm tra phân phối mẫu có đủ gần chuẩn hay không.
Hay nhầm khiKhi đề yêu cầu liệt kê điều kiện cho suy luận về tỉ lệ, thí sinh hay nêu một trong hai rồi bỏ sót cái còn lại.
Khác nhau ở đâuĐiều kiện 10% bảo đảm công thức sai số chuẩn vẫn dùng được. Định lý giới hạn trung tâm bảo đảm hình dạng chuẩn của phân phối mẫu khi cỡ mẫu lớn.
Hay nhầm khiCâu hỏi về mẫu lớn khiến nhiều thí sinh viện dẫn định lý giới hạn trung tâm để biện minh cho tính độc lập, vốn là việc của điều kiện 10%.

Cùng chủ đề

Nguồn tham khảo

  1. [1]Barron_AP_Stat_2026. tr. 24, 338–339.

Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .