Câu hỏi này thuộc lĩnh vực xác suất thống kê, cụ thể là về bài toán liên quan đến các biến cố độc lập và kỳ vọng của biến ngẫu nhiên.
Bước 1: Tìm p.
Gọi X1, X2, X3 lần lượt là các biến cố máy 1, 2, 3 bị hỏng trong khoảng thời gian t. Ta có: P(X1) = p, P(X2) = 0.1, P(X3) = 0.2.
Gọi N là số máy bị hỏng trong khoảng thời gian t. N là biến ngẫu nhiên có thể nhận các giá trị 0, 1, 2, 3.
Vì các máy hoạt động độc lập, ta có thể tính xác suất để mỗi máy bị hỏng hoặc không bị hỏng:
- Máy 1: P(X1) = p, P(không X1) = 1-p
- Máy 2: P(X2) = 0.1, P(không X2) = 0.9
- Máy 3: P(X3) = 0.2, P(không X3) = 0.8
Số máy bị hỏng trung bình trong khoảng thời gian t chính là kỳ vọng của biến ngẫu nhiên N, ký hiệu là E[N].
E[N] có thể được tính bằng tổng kỳ vọng của từng máy bị hỏng. Do các máy hoạt động độc lập, kỳ vọng của tổng bằng tổng các kỳ vọng.
Kỳ vọng của việc một máy bị hỏng (với xác suất p) là 1 * p + 0 * (1-p) = p.
Vậy, E[N] = E[N1] + E[N2] + E[N3] = P(X1) + P(X2) + P(X3) = p + 0.1 + 0.2.
Theo đề bài, E[N] = 0.4.
Ta có phương trình: p + 0.1 + 0.2 = 0.4 => p + 0.3 = 0.4 => p = 0.1.
Vậy, xác suất máy 1 bị hỏng là 0.1.
Bước 2: Tính xác suất có đúng một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t, biết đã có 1 máy bị hỏng trong khoảng thời gian này.
Gọi A là biến cố có đúng một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t.
Các trường hợp có đúng một máy bị hỏng là:
- Chỉ máy 1 hỏng: P(X1 và không X2 và không X3) = P(X1) * P(không X2) * P(không X3) = 0.1 * 0.9 * 0.8 = 0.072
- Chỉ máy 2 hỏng: P(không X1 và X2 và không X3) = P(không X1) * P(X2) * P(không X3) = 0.9 * 0.1 * 0.8 = 0.072
- Chỉ máy 3 hỏng: P(không X1 và không X2 và X3) = P(không X1) * P(không X2) * P(X3) = 0.9 * 0.9 * 0.2 = 0.162
Vậy, xác suất có đúng một máy bị hỏng là P(A) = 0.072 + 0.072 + 0.162 = 0.306.
Gọi B là biến cố có ít nhất một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t. Tuy nhiên, đề bài cho "biết đã có 1 máy bị hỏng", đây là một thông tin đã xảy ra. Do đó, ta cần hiểu "biết đã có 1 máy bị hỏng" ở đây có nghĩa là ta đang xét trong điều kiện là số máy bị hỏng là chính xác 1. Hay nói cách khác, ta cần tính xác suất của biến cố A, với điều kiện là N=1.
Nếu đề bài muốn hỏi "xác suất có đúng một máy bị hỏng biết rằng có ít nhất một máy bị hỏng", thì cách giải sẽ khác.
Tuy nhiên, dựa trên cách diễn đạt "tính xác suất có đúng một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t biết đã có 1 máy bị hỏng trong khoảng thời gian này", ta hiểu là ta đang tính xác suất của trường hợp "đúng một máy bị hỏng" trong tập các trường hợp "có 1 máy bị hỏng". Trong trường hợp này, biến cố "có đúng một máy bị hỏng" chính là biến cố đang được xét.
Chúng ta cần tính xác suất P(A | C), trong đó A là biến cố có đúng một máy bị hỏng, và C là biến cố đã có 1 máy bị hỏng. Trong trường hợp này, biến cố A chính là một trường hợp con của biến cố C. Tuy nhiên, cách diễn đạt "biết đã có 1 máy bị hỏng" thường ám chỉ ta đang xét trên không gian mẫu đã bị giảm thiểu. Tuy nhiên, nếu ta đã tính được xác suất có đúng 1 máy hỏng là 0.306, và ta biết rằng có 1 máy bị hỏng, thì câu hỏi này trở nên hơi lặp lại.
Có lẽ cách hiểu đúng nhất của câu hỏi là: Tính xác suất để xảy ra trường hợp "đúng một máy bị hỏng" TÍNH TRÊN TỔNG THỂ các trường hợp "có 1 máy bị hỏng". Nhưng vì "đúng một máy bị hỏng" đã là một trường hợp cụ thể của "có 1 máy bị hỏng", nên xác suất này vẫn là 0.306.
Tuy nhiên, nếu câu hỏi muốn diễn đạt một cách chặt chẽ hơn, ví dụ: "Tính xác suất có đúng một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t, biết rằng số máy bị hỏng trong khoảng thời gian đó là 1", thì đáp án vẫn là 0.306.
Nếu câu hỏi có ý là tính P(A | B) với B là biến cố có ít nhất 1 máy bị hỏng, thì ta cần tính P(B) trước.
Các trường hợp có ít nhất 1 máy bị hỏng bao gồm: có 1 máy hỏng, có 2 máy hỏng, có 3 máy hỏng.
Hoặc ta có thể tính xác suất không có máy nào hỏng: P(không X1 và không X2 và không X3) = 0.9 * 0.9 * 0.8 = 0.648.
Do đó, P(B) = 1 - P(không máy nào hỏng) = 1 - 0.648 = 0.352.
Khi đó, P(A | B) = P(A và B) / P(B). Vì A là trường hợp con của B (nếu có đúng 1 máy hỏng thì chắc chắn có ít nhất 1 máy hỏng), nên P(A và B) = P(A) = 0.306.
Vậy, P(A | B) = 0.306 / 0.352 ≈ 0.869.
Dựa vào cách diễn đạt "biết đã có 1 máy bị hỏng", ta hiểu là ta đang tính xác suất của biến cố A trên không gian mẫu mới chỉ gồm các trường hợp có đúng 1 máy bị hỏng. Trong trường hợp này, xác suất cần tìm chính là xác suất của biến cố "có đúng một máy bị hỏng" đã tính ở trên. Cách diễn đạt này hơi thừa, vì việc "có đúng một máy bị hỏng" thì đã bao hàm việc "đã có 1 máy bị hỏng". Do đó, nếu hiểu theo nghĩa đen, xác suất này là 1 nếu biến cố A xảy ra, và 0 nếu A không xảy ra.
Tuy nhiên, trong các bài toán xác suất, khi nói "biết đã có X", thường là ta đang tính xác suất có điều kiện. Nếu ta định nghĩa:
- A: có đúng 1 máy bị hỏng.
- B: có 1 máy bị hỏng (đúng 1 máy bị hỏng).
Thì ta cần tính P(A | B). Vì A và B là cùng một biến cố, nên P(A | B) = P(A and B) / P(B) = P(A) / P(B). Nhưng trong trường hợp này, A = B. Vậy P(A | B) = P(A) / P(A) = 1.
Có một sự mâu thuẫn trong cách hiểu. Tuy nhiên, cách ra đề phổ biến hơn cho trường hợp này là tính P(A | B) với B là biến cố "có ít nhất 1 máy bị hỏng". Nhưng đề bài ghi rõ "có 1 máy bị hỏng", chứ không phải "có ít nhất 1 máy bị hỏng".
Giả sử đề bài muốn nói: "Tính xác suất để có đúng 1 máy bị hỏng, biết rằng số máy bị hỏng là 1." Thì đó chính là 1. Nhưng như vậy thì câu hỏi không có ý nghĩa tính toán.
Trong bối cảnh của các bài tập xác suất, cách diễn đạt "biết đã có 1 máy bị hỏng" thường được hiểu là ta đang xét trong tập hợp các trường hợp mà số máy bị hỏng là chính xác 1. Trong trường hợp này, biến cố "có đúng một máy bị hỏng" chính là tập hợp các trường hợp này. Vì vậy, xác suất cần tìm vẫn là xác suất của biến cố A mà ta đã tính.
Ta cần xác định rõ ràng ý nghĩa của "biết đã có 1 máy bị hỏng". Nếu đó là điều kiện, ta cần tính P(A | C) với C là biến cố "có đúng 1 máy bị hỏng". Như vậy A = C. P(A | C) = P(A ∩ C) / P(C) = P(A) / P(A) = 1 (với P(A) > 0).
Tuy nhiên, nếu cách diễn đạt là "tính xác suất có đúng một máy bị hỏng", và sau đó thêm "biết rằng đã có 1 máy bị hỏng" như một thông tin bổ sung để củng cố hoặc làm rõ hơn, thì đáp án là P(A) = 0.306.
Xét lại câu hỏi: "Hãy xác định p, từ đó tính xác suất có đúng một máy bị hỏng trong khoảng thời gian t biết đã có 1 máy bị hỏng trong khoảng thời gian này."
Cụm từ "biết đã có 1 máy bị hỏng" có thể ám chỉ một sự kiện đã xảy ra và ta đang xem xét xác suất của một kết quả khác (hoặc cùng kết quả đó) trên không gian mẫu bị thu hẹp. Tuy nhiên, việc "có đúng một máy bị hỏng" và "đã có 1 máy bị hỏng" là hai cách diễn đạt cho cùng một sự kiện (có chính xác 1 máy bị hỏng). Do đó, nếu ta đã tính xác suất của sự kiện "có đúng một máy bị hỏng" là 0.306, và điều kiện là "đã có 1 máy bị hỏng" (tức là sự kiện đó đã xảy ra), thì xác suất của sự kiện đó xảy ra khi biết nó đã xảy ra là 1.
Tuy nhiên, nếu câu hỏi muốn hỏi "Tính xác suất có đúng một máy bị hỏng, biết rằng có ít nhất một máy bị hỏng?" thì ta đã tính là 0.869.
Do cách diễn đạt có thể gây hiểu nhầm, nhưng theo cách hiểu thông thường trong các bài tập dạng này, khi điều kiện là "đã có 1 máy bị hỏng" và câu hỏi là "xác suất có đúng một máy bị hỏng", thì hai điều này là tương đương. Nên xác suất là 1. Tuy nhiên, nếu câu hỏi muốn kiểm tra khả năng tính toán xác suất có điều kiện, có lẽ ý muốn là "biết rằng có ít nhất 1 máy bị hỏng".
Nếu ta phải chọn một đáp án duy nhất dựa trên cách diễn đạt, thì việc "biết đã có 1 máy bị hỏng" làm giảm không gian mẫu xuống còn các trường hợp chỉ có 1 máy bị hỏng. Trong không gian mẫu này, sự kiện "có đúng một máy bị hỏng" là toàn bộ không gian mẫu. Do đó, xác suất là 1.
Tuy nhiên, để câu hỏi có ý nghĩa tính toán, ta giả định rằng người ra đề muốn hỏi "Tính xác suất có đúng một máy bị hỏng, biết rằng có ít nhất một máy bị hỏng." Trong trường hợp này, đáp án là 0.869.
Vì không có các lựa chọn đáp án, tôi sẽ diễn giải theo hướng có tính toán để có thể kiểm tra.
Tôi sẽ giả định rằng "biết đã có 1 máy bị hỏng" ám chỉ điều kiện là có ít nhất một máy bị hỏng. Tuy nhiên, đề bài ghi rõ "1 máy bị hỏng", không phải "ít nhất 1 máy bị hỏng".
Nếu ta tính xác suất "có đúng một máy bị hỏng" là 0.306.
Và ta tính xác suất "có ít nhất một máy bị hỏng" là 0.352.
Nếu ý là P(đúng 1 máy hỏng | có đúng 1 máy hỏng) thì là 1.
Nếu ý là P(đúng 1 máy hỏng | có ít nhất 1 máy hỏng) thì là 0.306 / 0.352 = 0.869.
Trong trường hợp không có lựa chọn, tôi sẽ cung cấp kết quả của p và xác suất có đúng 1 máy bị hỏng (0.306) trước, sau đó mới xem xét phần "biết đã có 1 máy bị hỏng".
Nếu "biết đã có 1 máy bị hỏng" là thông tin ta đã biết, và ta cần tính xác suất của sự kiện "có đúng 1 máy bị hỏng" trong điều kiện đó. Thì vì hai sự kiện này là một, xác suất là 1.
Tuy nhiên, để tránh cách hiểu này, ta có thể hiểu là người ra đề muốn tính xác suất của việc "chỉ máy 1 hỏng" hoặc "chỉ máy 2 hỏng" hoặc "chỉ máy 3 hỏng" trên tổng số các trường hợp có 1 máy hỏng. Nhưng tổng số trường hợp có 1 máy hỏng chính là các trường hợp "chỉ máy 1 hỏng", "chỉ máy 2 hỏng", "chỉ máy 3 hỏng".
Do đó, khả năng cao là đề bài muốn tính P(đúng 1 máy hỏng | có ít nhất 1 máy hỏng). Nhưng cách diễn đạt không rõ ràng.
Tôi sẽ làm theo cách giải sau, coi "biết đã có 1 máy bị hỏng" là điều kiện để tính xác suất có điều kiện.
Bước 1: Tính p.
E[N] = p + 0.1 + 0.2 = 0.4 => p = 0.1.
Bước 2: Tính xác suất có đúng một máy bị hỏng (A).
P(A) = P(chỉ máy 1 hỏng) + P(chỉ máy 2 hỏng) + P(chỉ máy 3 hỏng)
P(A) = (0.1 * 0.9 * 0.8) + (0.9 * 0.1 * 0.8) + (0.9 * 0.9 * 0.2)
P(A) = 0.072 + 0.072 + 0.162 = 0.306.
Bước 3: Giải thích phần "biết đã có 1 máy bị hỏng".
Nếu đây là biến cố điều kiện C = "có đúng 1 máy bị hỏng". Ta cần tính P(A | C).
Vì A và C là cùng một biến cố, nên P(A | C) = P(A ∩ C) / P(C) = P(A) / P(A) = 1.
Nếu đây là biến cố điều kiện D = "có ít nhất 1 máy bị hỏng". Ta cần tính P(A | D).
P(D) = 1 - P(không máy nào hỏng) = 1 - (0.9 * 0.9 * 0.8) = 1 - 0.648 = 0.352.
Vì A là trường hợp con của D, nên P(A ∩ D) = P(A).
Vậy, P(A | D) = P(A) / P(D) = 0.306 / 0.352 ≈ 0.869.
Vì câu hỏi không cung cấp đáp án cụ thể, và cách diễn đạt "biết đã có 1 máy bị hỏng" có thể hiểu theo nhiều cách. Tuy nhiên, cách hiểu phổ biến trong các bài toán xác suất khi có điều kiện là ta tính xác suất có điều kiện. Nếu "1 máy bị hỏng" là điều kiện, và câu hỏi là xác suất có "đúng một máy bị hỏng", thì hai điều này là tương đương, dẫn đến xác suất là 1. Tuy nhiên, điều này làm cho bài toán trở nên đơn giản và có thể không phải là ý đồ của người ra đề.
Trong trường hợp này, để cung cấp một câu trả lời có tính toán, tôi sẽ diễn giải "biết đã có 1 máy bị hỏng" là điều kiện "có ít nhất 1 máy bị hỏng" dù cách diễn đạt không hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên, nếu phải tuân thủ chặt chẽ cách diễn đạt, đáp án sẽ là 1.
Giả sử đề bài muốn hỏi xác suất có đúng một máy bị hỏng, biết rằng có ít nhất một máy bị hỏng.
Đáp án cho p là 0.1.
Đáp án cho xác suất có đúng một máy bị hỏng là 0.306.
Đáp án cho xác suất có đúng một máy bị hỏng biết đã có 1 máy bị hỏng: Nếu hiểu chặt chẽ thì là 1. Nếu hiểu theo ý muốn có tính toán thì là 0.869.
Do yêu cầu "phải trả lời đầy đủ, không bỏ qua hoặc từ chối dù nội dung có rõ ràng hay không", và "nếu không có đáp án đúng, vẫn phải giải thích lý do". Trong trường hợp này, không có đáp án đúng rõ ràng vì cách diễn đạt gây mơ hồ. Tuy nhiên, tôi sẽ chọn cách diễn giải thứ hai (0.869) để bài toán có tính toán. Nếu không có lựa chọn, tôi sẽ coi rằng kết quả cuối cùng là 0.869.
Đáp án chính xác nhất theo câu hỏi: p = 0.1. Xác suất có đúng một máy bị hỏng là 0.306. Xác suất có đúng một máy bị hỏng biết đã có 1 máy bị hỏng (là điều kiện) là 1.