AP Statistics
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 trong đó là cỡ mẫu và 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 hay 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 lẫn 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.
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.
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 và .
Trong đó
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 . 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.
Điều kiện 10% viết là , không phải .
Rất nhiều bài làm đảo ngược bất đẳng thức rồi kết luận ngược hẳn. Ý nghĩa của điều kiện là mẫu chỉ được chiếm một phần nhỏ tổng thể, nên tổng thể phải lớn gấp ít nhất mười lần cỡ mẫu. Với và , ta cần — điều này sai, mẫu chiếm hơn tổng thể nên điều kiện không đạt. Khi nháp, hãy tính thẳng tỉ số rồi so với : cách này ít bị lộn chiều hơn là nhớ công thức.
Mẫu ngẫu nhiên không miễn cho bạn khỏi kiểm điều kiện 10%.
Đây là hai điều kiện độc lập nhau: điều kiện ngẫu nhiên hóa (randomization condition) bảo đảm mẫu không thiên lệch, còn điều kiện 10% bảo đảm các quan sát gần như độc lập khi lấy mẫu không hoàn lại (sampling without replacement). Một mẫu ngẫu nhiên hoàn hảo gồm người rút ra từ tổng thể chỉ người vẫn vi phạm điều kiện 10%, vì mỗi lần rút làm thay đổi đáng kể thành phần còn lại. Vì vậy trong bài tự luận, bạn phải viết tách bạch hai dòng kiểm tra, mỗi dòng một điều kiện, chứ không gộp lại thành một câu "mẫu ngẫu nhiên nên mọi điều kiện đều đạt".
Điều kiện 10% không liên quan gì tới hay tới và .
Đây là ba điều kiện khác nhau phục vụ ba mục đích khác nhau, và học sinh hay trộn chúng vào nhau khi bị hỏi dồn. Điều kiện 10% lo chuyện độc lập giữa các quan sát; còn và là điều kiện đếm lớn (Large Counts condition), lo chuyện phân phối mẫu có xấp xỉ chuẩn được hay không. Với và , ta có nên điều kiện đếm lớn không đạt, dù rất lớn và dù điều kiện 10% đã thỏa. Nói cách khác, thỏa điều kiện này hoàn toàn không bảo đảm gì cho điều kiện kia.
Có hai mẫu thì phải kiểm điều kiện 10% riêng cho từng mẫu.
Khi so sánh hai tỉ lệ hoặc hai trung bình, một số bài cộng gộp rồi so với cho gọn. Cách làm này che mất nhóm vi phạm: nếu mẫu khu vực 1 chiếm tới tổng thể khu vực 1 nhưng mẫu khu vực 2 chỉ chiếm , tổng gộp lại vẫn có vẻ "đẹp" trong khi suy luận cho khu vực 1 đã hỏng. Do đó hãy viết ra hai dòng, và , và chỉ kết luận đạt khi cả hai cùng đúng.
Viết hẳn con số vào bài, đừng chỉ ghi chữ "10% condition met".
Người chấm cần thấy bạn thay số, nên dòng chuẩn là dạng kèm câu kết luận ngắn bằng tiếng Anh. Chỉ ghi tên điều kiện mà không có bằng chứng số học thì thường mất điểm phần "check conditions", dù kết luận cuối cùng của bạn đúng. Nếu đề không cho , bạn được phép nêu giả định hợp lý — chẳng hạn số bệnh nhân trong năm chắc chắn lớn hơn mười lần cỡ mẫu — nhưng phải viết câu giả định đó ra.
Gặp thí nghiệm ngẫu nhiên hóa (randomized experiment) thì không cần kiểm điều kiện 10%.
Điều kiện này sinh ra để xử lý chuyện rút mẫu không hoàn lại từ một tổng thể hữu hạn, nên nó chỉ có nghĩa trong bối cảnh khảo sát chọn mẫu. Trong thí nghiệm, tính độc lập đến từ việc phân nhóm ngẫu nhiên các đơn vị thí nghiệm, và bạn kiểm điều kiện ngẫu nhiên hóa thay cho điều kiện 10%. Đọc kỹ câu mở đầu của đề để nhận ra mình đang ở tình huống nào trước khi liệt kê điều kiện.
Trong kiểm định tỉ lệ, luôn dùng chứ không dùng khi kiểm điều kiện đếm lớn.
Toàn bộ lập luận của kiểm định đặt trên giả thiết đúng, nên phân phối mẫu được xây quanh . Nếu đề cho và , bạn phải tính rồi kết luận không đạt, thay vì tính rồi tuyên bố đạt. Ngược lại, khi làm khoảng tin cậy thì không có nào cả, lúc đó mới dùng — nhớ đúng cặp này là bạn tránh được một bẫy rất phổ biến.
Mẫu bệnh nhân rút từ bệnh nhân chiếm tới khoảng 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 bệnh nhân, hoặc mở rộng khung lấy mẫu lên ít nhất bệnh nhân. Trong bốn cặp ở ý (c), chỉ thỏa điều kiện 10%.
Mẫu sản phẩm chỉ chiếm lô hàng sản phẩm nên điều kiện 10% được thỏa hoàn toàn, tuy nhiên khiến điều kiện chuẩn thất bại. Do đó bộ phận kiểm định không được dùng kiểm định cho một tỉ lệ với dữ liệu hiện có; họ cần tăng cỡ mẫu (chẳng hạn để có ) — mà cỡ mẫu đó vẫn nằm dưới ngưỡng 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.
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.
Biên soạn bởi DucklingStudy, bản quyền thuộc DucklingStudy. Xuất bản .