Giải Bài Tập Bài 19: Công Thức Xác Suất Toàn Phần Và Công Thức Bayes - Toán 12 KNTT

BÀI 19: CÔNG THỨC XÁC SUẤT TOÀN PHẦN VÀ CÔNG THỨC BAYES
(SGK TOÁN 12 - KẾT NỐI TRI THỨC)

Bài 6.7. Trong quân sự, một máy bay chiến đấu của đối phương có thể xuất hiện ở vị trí \(X\) với xác suất 0,55. Nếu máy bay đó không xuất hiện ở vị trí \(X\) thì nó xuất hiện ở vị trí \(Y\). Để phòng thủ, các bệ phóng tên lửa được bố trí tại các vị trí \(X\) và \(Y\). Khi máy bay đối phương xuất hiện ở vị trí \(X\) hoặc \(Y\) thì tên lửa sẽ được phóng để hạ máy bay đó.
Xét phương án tác chiến sau: Nếu máy bay xuất hiện tại \(X\) thì bắn 2 quả tên lửa và nếu máy bay xuất hiện tại \(Y\) thì bắn 1 quả tên lửa.
Biết rằng, xác suất bắn trúng máy bay của mỗi quả tên lửa là 0,8 và các bệ phóng tên lửa hoạt động độc lập. Máy bay bị bắn hạ nếu nó trúng ít nhất 1 quả tên lửa. Tính xác suất bắn hạ máy bay đối phương trong phương án tác chiến nêu trên.
Lời giải:

Gọi các biến cố:

  • \(A\): "Máy bay xuất hiện ở vị trí \(X\)" \(\Rightarrow P(A) = 0,55\).
  • \(\overline{A}\): "Máy bay xuất hiện ở vị trí \(Y\)" \(\Rightarrow P(\overline{A}) = 1 - 0,55 = 0,45\).
  • \(H\): "Máy bay bị bắn hạ".

- Trường hợp 1: Máy bay xuất hiện tại \(X\) (biến cố \(A\)):

Bắn 2 quả tên lửa độc lập, xác suất mỗi quả hụt là \(1 - 0,8 = 0,2\).

Máy bay bị hạ nếu trúng ít nhất 1 quả, xác suất cả 2 quả cùng trượt là \(0,2 \times 0,2 = 0,04\).

Do đó, xác suất máy bay bị bắn hạ khi xuất hiện tại \(X\) là:

\[P(H | A) = 1 - 0,04 = 0,96\]

- Trường hợp 2: Máy bay xuất hiện tại \(Y\) (biến cố \(\overline{A}\)):

Bắn 1 quả tên lửa. Xác suất máy bay bị bắn hạ khi xuất hiện tại \(Y\) là:

\[P(H | \overline{A}) = 0,8\]

Áp dụng công thức xác suất toàn phần, xác suất bắn hạ máy bay đối phương là:

\[P(H) = P(A) \cdot P(H | A) + P(\overline{A}) \cdot P(H | \overline{A})\] \[P(H) = 0,55 \times 0,96 + 0,45 \times 0,8 = 0,528 + 0,36 = 0,888\]

Vậy xác suất bắn hạ máy bay là 0,888 (hay 88,8%).

Bài 6.8. Có hai chuồng thỏ. Chuồng I có 5 con thỏ đen và 10 con thỏ trắng. Chuồng II có 7 con thỏ đen và 3 con thỏ trắng. Trước tiên, từ chuồng II lấy ra ngẫu nhiên 1 con thỏ rồi cho vào chuồng I. Sau đó, từ chuồng I lấy ra ngẫu nhiên 1 con thỏ. Tính xác suất để con thỏ được lấy ra là con thỏ trắng.
Lời giải:

Chuồng II ban đầu có \(7 + 3 = 10\) con thỏ. Gọi các biến cố:

  • \(B_1\): "Con thỏ lấy từ chuồng II sang chuồng I là thỏ đen" \(\Rightarrow P(B_1) = \frac{7}{10} = 0,7\).
  • \(B_2\): "Con thỏ lấy từ chuồng II sang chuồng I là thỏ trắng" \(\Rightarrow P(B_2) = \frac{3}{10} = 0,3\).
  • \(T\): "Con thỏ lấy ra từ chuồng I ở lần hai là thỏ trắng".

Chuồng I ban đầu có 5 thỏ đen và 10 thỏ trắng (tổng 15 con). Sau khi nhận 1 con từ chuồng II, chuồng I có tổng cộng 16 con.

  • Nếu \(B_1\) xảy ra (chuyển 1 thỏ đen), chuồng I có 6 thỏ đen và 10 thỏ trắng: \[P(T | B_1) = \frac{10}{16} = \frac{5}{8}\]
  • Nếu \(B_2\) xảy ra (chuyển 1 thỏ trắng), chuồng I có 5 thỏ đen và 11 thỏ trắng: \[P(T | B_2) = \frac{11}{16}\]

Áp dụng công thức xác suất toàn phần, xác suất lấy được thỏ trắng từ chuồng I là:

\[P(T) = P(B_1) \cdot P(T | B_1) + P(B_2) \cdot P(T | B_2)\] \[P(T) = 0,7 \times \frac{10}{16} + 0,3 \times \frac{11}{16} = \frac{7 + 3,3}{16} = \frac{10,3}{16} = \frac{103}{160} = 0,64375\]
Bài 6.9. Tại nhà máy X sản xuất linh kiện điện tử tỉ lệ sản phẩm đạt tiêu chuẩn là 80%. Trước khi xuất xưởng ra thị trường, các linh kiện điện tử đều phải qua khâu kiểm tra chất lượng để đóng dấu OTK. Vì sự kiểm tra không tuyệt đối hoàn hảo nên nếu một linh kiện điện tử đạt tiêu chuẩn thì nó có xác suất 0,99 được đóng dấu OTK; nếu một linh kiện điện tử không đạt tiêu chuẩn thì nó có xác suất 0,95 không được đóng dấu OTK. Chọn ngẫu nhiên một linh kiện điện tử của nhà máy X trên thị trường.
a) Tính xác suất để linh kiện điện tử đó được đóng dấu OTK.
b) Dùng sơ đồ hình cây, hãy mô tả cách tính xác suất để linh kiện điện tử được chọn không được đóng dấu OTK.
Lời giải:

Gọi các biến cố:

  • \(T\): "Linh kiện điện tử đạt tiêu chuẩn" \(\Rightarrow P(T) = 0,8\).
  • \(\overline{T}\): "Linh kiện điện tử không đạt tiêu chuẩn" \(\Rightarrow P(\overline{T}) = 1 - 0,8 = 0,2\).
  • \(K\): "Linh kiện điện tử được đóng dấu OTK".

Theo giả thiết:

  • \(P(K | T) = 0,99 \Rightarrow P(\overline{K} | T) = 0,01\)
  • \(P(\overline{K} | \overline{T}) = 0,95 \Rightarrow P(K | \overline{T}) = 1 - 0,95 = 0,05\)

a) Tính xác suất linh kiện được đóng dấu OTK (\(P(K)\)):

Áp dụng công thức xác suất toàn phần:

\[P(K) = P(T) \cdot P(K | T) + P(\overline{T}) \cdot P(K | \overline{T})\] \[P(K) = 0,8 \times 0,99 + 0,2 \times 0,05 = 0,792 + 0,010 = 0,802\]

b) Sử dụng sơ đồ hình cây tính xác suất không được đóng dấu OTK (\(P(\overline{K})\)):

Tóm tắt nhánh sơ đồ cây:

  • Nhánh 1: Sản phẩm đạt tiêu chuẩn (\(0,8\)) \(\rightarrow\) Không được đóng dấu OTK (\(0,01\))
    \(\Rightarrow P(T \cap \overline{K}) = 0,8 \times 0,01 = 0,008\)
  • Nhánh 2: Sản phẩm không đạt tiêu chuẩn (\(0,2\)) \(\rightarrow\) Không được đóng dấu OTK (\(0,95\))
    \(\Rightarrow P(\overline{T} \cap \overline{K}) = 0,2 \times 0,95 = 0,190\)

Cộng xác suất hai nhánh thu được:

\[P(\overline{K}) = 0,008 + 0,190 = 0,198 \quad (\text{hoặc } 1 - P(K) = 1 - 0,802 = 0,198)\]
Bài 6.10. Có hai đội thi đấu môn Bắn súng. Đội I có 5 vận động viên, đội II có 7 vận động viên. Xác suất đạt huy chương vàng của mỗi vận động viên đội I và đội II tương ứng là 0,65 và 0,55. Chọn ngẫu nhiên một vận động viên.
a) Tính xác suất để vận động viên này đạt huy chương vàng;
b) Giả sử vận động viên được chọn đạt huy chương vàng. Tính xác suất để vận động viên này thuộc đội I.
Lời giải:

Tổng số vận động viên là \(5 + 7 = 12\). Gọi các biến cố:

  • \(D_1\): "Vận động viên được chọn thuộc đội I" \(\Rightarrow P(D_1) = \frac{5}{12}\).
  • \(D_2\): "Vận động viên được chọn thuộc đội II" \(\Rightarrow P(D_2) = \frac{7}{12}\).
  • \(V\): "Vận động viên chọn ra đạt huy chương vàng".

Theo bài ra: \(P(V | D_1) = 0,65\) và \(P(V | D_2) = 0,55\).

a) Xác suất vận động viên chọn ra đạt huy chương vàng (\(P(V)\)):

Áp dụng công thức xác suất toàn phần:

\[P(V) = P(D_1) \cdot P(V | D_1) + P(D_2) \cdot P(V | D_2)\] \[P(V) = \frac{5}{12} \times 0,65 + \frac{7}{12} \times 0,55 = \frac{3,25 + 3,85}{12} = \frac{7,1}{12} = \frac{71}{120} \approx 0,5917\]

b) Xác suất vận động viên thuộc đội I biết đã đạt HCV (\(P(D_1 | V)\)):

Áp dụng công thức Bayes:

\[P(D_1 | V) = \frac{P(D_1) \cdot P(V | D_1)}{P(V)} = \frac{\frac{5}{12} \times 0,65}{\frac{71}{120}} = \frac{3,25}{12} \times \frac{120}{71} = \frac{32,5}{71} = \frac{65}{142} \approx 0,4577\]
Bài 6.11. Một bộ lọc được sử dụng để chặn thư rác trong các tài khoản thư điện tử. Tuy nhiên, vì bộ lọc không tuyệt đối hoàn hảo nên một thư rác bị chặn với xác suất 0,95 và một thư đúng (không phải là thư rác) bị chặn với xác suất 0,01. Thống kê cho thấy tỉ lệ thư rác là 3%.
a) Chọn ngẫu nhiên một thư bị chặn. Tính xác suất để đó là thư rác.
b) Chọn ngẫu nhiên một thư không bị chặn. Tính xác suất để đó là thư đúng.
c) Trong số các thư bị chặn, có bao nhiêu phần trăm là thư đúng? Trong số các thư không bị chặn, có bao nhiêu phần trăm là thư rác?
Lời giải:

Gọi các biến cố:

  • \(R\): "Thư được chọn là thư rác" \(\Rightarrow P(R) = 0,03\).
  • \(\overline{R}\): "Thư được chọn là thư đúng" \(\Rightarrow P(\overline{R}) = 1 - 0,03 = 0,97\).
  • \(C\): "Thư bị bộ lọc chặn".

Theo giả thiết:

  • \(P(C | R) = 0,95 \Rightarrow P(\overline{C} | R) = 0,05\)
  • \(P(C | \overline{R}) = 0,01 \Rightarrow P(\overline{C} | \overline{R}) = 0,99\)

Tính các xác suất toàn phần \(P(C)\) và \(P(\overline{C})\):

\[P(C) = P(R) \cdot P(C | R) + P(\overline{R}) \cdot P(C | \overline{R}) = 0,03 \times 0,95 + 0,97 \times 0,01 = 0,0285 + 0,0097 = 0,0382\] \[P(\overline{C}) = 1 - P(C) = 1 - 0,0382 = 0,9618\]

a) Xác suất thư bị chặn là thư rác (\(P(R | C)\)):

Áp dụng công thức Bayes:

\[P(R | C) = \frac{P(R) \cdot P(C | R)}{P(C)} = \frac{0,03 \times 0,95}{0,0382} = \frac{0,0285}{0,0382} \approx 0,7461 \text{ (hay 74,61%)}\]

b) Xác suất thư không bị chặn là thư đúng (\(P(\overline{R} | \overline{C})\)):

Áp dụng công thức Bayes:

\[P(\overline{R} | \overline{C}) = \frac{P(\overline{R}) \cdot P(\overline{C} | \overline{R})}{P(\overline{C})} = \frac{0,97 \times 0,99}{0,9618} = \frac{0,9603}{0,9618} \approx 0,9984 \text{ (hay 99,84%)}\]

c) Tính các phần trăm theo yêu cầu:

  • Trong số các thư bị chặn, tỉ lệ phần trăm là thư đúng là: \[P(\overline{R} | C) = 1 - P(R | C) \approx 1 - 0,7461 = 0,2539 \Rightarrow \mathbf{25,39\%}\]
  • Trong số các thư không bị chặn, tỉ lệ phần trăm là thư rác là: \[P(R | \overline{C}) = 1 - P(\overline{R} | \overline{C}) \approx 1 - 0,9984 = 0,0016 \Rightarrow \mathbf{0,16\%}\]