AP Statistics
multiplication rule
Còn gọi: quy tắc nhân · multiplication rule
Quy tắc nhân xác suất là công thức tính xác suất hai biến cố cùng xảy ra: P(A∩B) = ·.
Khi cần tìm xác suất để hai biến cố A và B cùng xảy ra, ta không thể cộng hay đoán mò mà phải dựa vào quy tắc nhân xác suất (multiplication rule). Công thức tổng quát được viết là
trong đó là xác suất có điều kiện của B, tức xác suất B xảy ra biết rằng A đã xảy ra. Công thức này thực ra chỉ là hệ quả trực tiếp của định nghĩa xác suất có điều kiện: người ta lấy công thức rồi nhân chéo hai vế để rút ra biểu thức trên.
Điểm mấu chốt cần nhớ là thứ tự nhân không quan trọng, nhưng điều kiện phía sau dấu gạch đứng thì rất quan trọng: nếu A và B không độc lập với nhau, việc xảy ra của A làm thay đổi xác suất của B, nên bắt buộc phải dùng chứ không được dùng trơn. Ngược lại, khi hai biến cố độc lập — nghĩa là biết A xảy ra hay không cũng chẳng ảnh hưởng gì đến khả năng B xảy ra — thì , và quy tắc nhân rút gọn thành dạng quen thuộc . Do đó, đề thi thường cố tình gài bẫy để học sinh nhân trực tiếp hai xác suất mà quên kiểm tra tính độc lập trước, dẫn đến sai kết quả.
Trong thực hành, cây xác suất (tree diagram) là công cụ trực quan nhất để áp dụng quy tắc nhân: mỗi nhánh mang một xác suất, và xác suất tại điểm cuối của một đường đi chính là tích các xác suất dọc theo đường đi đó. Nhờ vậy, khi cần tính từ tổng nhiều nhánh hệ điều hành khác nhau, học sinh chỉ cần nhân theo từng nhánh rồi cộng lại, và chính kết quả trung gian đó lại được dùng ngược để tính xác suất có điều kiện theo định lý Bayes.
Trực giác: Giống như việc phải đi qua hai cánh cửa liên tiếp: xác suất lọt qua cả hai cửa bằng xác suất qua cửa thứ nhất nhân với xác suất qua cửa thứ hai, tính trong điều kiện đã qua được cửa thứ nhất.
Dùng khi cần tính xác suất hai biến cố cùng xảy ra mà một trong hai xác suất có điều kiện — chẳng hạn dùng giản đồ cây (tree diagram) với các nhánh nối tiếp nhau như máy tính bị nhiễm virus theo từng hệ điều hành.
Trong đó
Dùng riêng khi và độc lập (independent) với nhau, tức việc xảy ra không làm thay đổi xác suất của ; khi đó xác suất có điều kiện rút gọn thành chính .
Trong đó
Jacob BernoulliThomas BayesWilliam Oughtred
Bài toán đặt ra cho những người nghiên cứu xác suất thời kỳ đầu rất cụ thể: khi hai việc xảy ra nối tiếp nhau, làm sao tính khả năng cả hai cùng xảy ra? Rút hai lá bài liên tiếp, gieo xúc xắc rồi tung đồng xu, lấy hai sản phẩm ra khỏi lô hàng — trong mọi trường hợp, kết quả của lần thứ nhất có thể làm thay đổi cơ hội của lần thứ hai. Ars Conjectandi của Jacob Bernoulli là công trình đầu tiên xử lý một cách hình thức xác suất có điều kiện cùng nguyên lý nhân này. Về sau, bài báo của Thomas Bayes đặt xác suất có điều kiện trên nền chặt chẽ và cho ra dạng tổng quát mà sách giáo khoa ngày nay vẫn dùng.
Vì sao mang đúng cái tên này? Cái tên nghe đơn giản đến mức dễ bị xem nhẹ, nhưng nó ghi lại đúng phép toán nằm ở trung tâm quy tắc: để có xác suất của việc "cả A và B cùng xảy ra", ta nhân hai xác suất với nhau chứ không cộng. Chính sự đối lập này giải thích vì sao trong sách vở nó luôn đi cặp với quy tắc cộng (addition rule) dành cho "A hoặc B" — một bên là giao của hai biến cố, một bên là hợp. Bản thân ký hiệu nhân "×" cũng có lai lịch riêng: William Oughtred (1574–1660), một mục sư thường dạy toán miễn phí, là người đầu tiên dùng nó. Chữ "tổng quát" trong quy tắc nhân tổng quát (general multiplication rule) được thêm vào muộn hơn, để phân biệt với trường hợp riêng của các biến cố độc lập (independent events), khi thu gọn lại thành và công thức trở thành phép nhân trực tiếp hai xác suất.
Bấm một nhánh — nhìn xác suất nhân dồn dọc cả đường
Kéo tham số, thấy khái niệm chuyển động — mở khoá bằng tài khoản 0đ.
Chỉ được nhân trực tiếp khi hai biến cố độc lập.
Dạng tổng quát của quy tắc nhân luôn là , trong đó xác suất của biến cố thứ hai phải được tính lại trên điều kiện biến cố thứ nhất đã xảy ra. Khi và chỉ khi hai biến cố độc lập (independent events) thì , lúc đó công thức mới rút gọn thành tích hai xác suất ban đầu. Vì vậy trước khi nhân, học sinh phải tự hỏi biết A xảy ra có làm thay đổi khả năng của B hay không; nếu có thay đổi mà vẫn nhân thẳng thì kết quả sai ngay từ dòng đầu.
Xung khắc không phải là độc lập — hai khái niệm này gần như trái ngược nhau.
Hai biến cố xung khắc (mutually exclusive) thì không thể cùng xảy ra, nên ; biết A đã xảy ra là biết chắc B không xảy ra, tức . Do đó hai biến cố xung khắc có xác suất dương thì chắc chắn phụ thuộc nhau, không bao giờ độc lập. Lỗi thường gặp là thấy chữ "không thể cùng xảy ra" rồi vẫn nhân ra một số dương, trong khi đáp án đúng bằng 0.
Rút không hoàn lại thì các lần rút không độc lập.
Khi lấy ra một quân bài, một viên bi hay một học sinh mà không trả lại, tổng số phần tử giảm đi và thành phần còn lại thay đổi, nên mẫu số của lần sau khác mẫu số của lần đầu. Chẳng hạn rút liên tiếp hai quân át từ bộ bài là chứ không phải . Tuy nhiên, nếu mẫu lấy ra nhỏ hơn 10% kích thước tổng thể thì điều kiện 10% (10% condition) cho phép coi các lần chọn là gần độc lập và dùng phép nhân đơn giản như một xấp xỉ.
Đừng lẫn với .
Xác suất giao là tỉ lệ của những cá thể vừa có A vừa có B trên TOÀN BỘ tổng thể, còn xác suất có điều kiện (conditional probability) chỉ xét trong nhóm đã thỏa B, tức mẫu số bị thu hẹp lại còn . Quan hệ giữa chúng chính là quy tắc nhân viết ngược: . Khi đọc đề bằng tiếng Anh, cụm "and" báo hiệu giao, còn "given that", "among those who", "of the students who" báo hiệu điều kiện; nhầm hai cụm này là mất trọn câu dù tính toán không sai chỗ nào.
Gặp cụm "at least one", hãy nghĩ ngay đến phần bù.
Tính trực tiếp phải cộng nhiều trường hợp rời rạc, còn dùng phần bù chỉ cần một dòng: , trong đó là tích các xác suất thất bại qua từng lần thử độc lập. Ví dụ với lần thử độc lập cùng xác suất thành công thì kết quả là . Mẹo này xuất hiện rất đều ở phần trắc nghiệm và tiết kiệm được vài phút quý giá.
Khi trình bày tự luận, phải viết ra dòng kiểm tra tính độc lập trước khi nhân.
Giám khảo chấm theo lập luận chứ không chỉ theo con số, nên chỉ ghi mỗi phép tính có thể bị trừ điểm dù đáp số đúng. Hãy viết rõ lý do: các lần thử là độc lập vì có hoàn lại, hoặc vì cỡ mẫu nhỏ hơn 10% tổng thể, hoặc vì đề đã nêu giả thiết đó. Một câu ngắn bằng tiếng Anh như "The trials are independent, so we may multiply" là đủ để giữ trọn điểm phần lập luận.
Với bài nhiều giai đoạn, vẽ sơ đồ cây và nhân dọc theo từng nhánh.
Xác suất ghi trên nhánh cấp hai đã là xác suất có điều kiện, nên tích các nhánh dọc theo một đường đi chính là theo đúng quy tắc nhân. Sau đó cộng các nhánh cùng thỏa yêu cầu để ra xác suất toàn phần, và nếu đề hỏi ngược chiều thì lấy nhánh mong muốn chia cho tổng vừa cộng. Kiểm tra nhanh bằng cách cộng tất cả kết quả cuối cây: tổng phải bằng 1, nếu lệch thì chắc chắn có một mẫu số bị dùng sai.
Xác suất một quả trứng lấy ngẫu nhiên từ dây chuyền bị nứt vỏ là . Nếu quả trứng đã biết là bị nứt thì xác suất nó xuất phát từ trang trại B là , cao hơn hẳn tỉ trọng của B trong tổng nguồn hàng, đúng như dự đoán vì B có tỉ lệ nứt cao hơn mức trung bình. Cuối cùng, nguồn gốc và tình trạng nứt không độc lập, bởi : biết trứng đến từ A thì khả năng nó bị nứt giảm xuống. Lưu ý khi làm bài thi: phải viết rõ công thức và phép nhân từng bước, đáp số trần trụi không kèm lập luận hầu như không được điểm.
Khi lấy không hoàn lại, xác suất hai viên pin đều lỗi là và xác suất có ít nhất một viên lỗi là . Nếu hoàn lại viên thứ nhất, hai lần lấy độc lập và xác suất hai viên đều lỗi tăng lên . Bài này cho thấy phép nhân xác suất luôn cần kiểm tra bối cảnh trước: chỉ được nhân thẳng hai xác suất khi các biến cố độc lập, còn nếu chúng phụ thuộc thì thừa số thứ hai bắt buộc phải là xác suất có điều kiện.
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 .