Bài giảng Xác suất thống kê y học - Lý Thành Tiến
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH
KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN
BỘ MÔN TOÁN
TÀI LIỆU GIẢNG DẠY
MÔN XÁC SUẤT THỐNG KÊ
Y HỌC
GV biên soạn: Lý Thành Tiến
Trà vinh, năm 2015
Lưu hành nội bộ
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
CHƯƠNG I: XÁC SUÁT- CÔNG THỨC TÍNH XÁC SUẤT
I. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT TẬP HỢP, TỔ HỢP.
1. Tập hợp.
4
4
4
2. Giải tích tổ hợp.
5
II. ĐỊNH NGHĨA, CÔNG THỨC TÍNH XÁC SUẤT.
1. Biến cố ngẫu nhiên và các phép toán trên biến cố ngẫu nhiên.
2. Hệ đầy đủ các biến cố.
6
6
8
3. Các định nghĩa xác suất.
8
4. Các công thức tính xác suất.
11
14
15
19
19
19
20
21
21
21
24
27
27
28
28
28
28
29
30
30
30
5. Xác suất trong chẩn đoán.
Bài tập củng cố chương I
CHƯƠNG II: BIẾN NGẪU NHIÊN, VÉC TƠ NGẪU NHIÊN.
I. ĐỊNH NGHĨA VÀ HÀM PHÂN PHỐI XÁC SUẤT CỦA BIẾN NGẪU NHIÊN.
1. Khái niệm biến ngẫu nhiên.
2. Hàm phân phối xác suất của biến ngẫu nhiên.
3. Các tính chất của hàm phân phối xác suất.
II. PHÂN PHỐI XÁC SUẤT RỜI RẠC VÀ PHÂN PHỐI XÁC SUẤT LIÊN TỤC.
1. Phân phối xác suất rời rạc.
2. Phân phối xác suất liên tục.
III. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA BIẾN NGẪU NHIÊN, HÀM ĐẶC TRƯNG.
1. Kỳ vọng.
2. Phương sai.
3. Mod.
4. Trung vị.
5. Hàm đặc trưng của biến ngẫu nhiên.
6. Các định lý.
IV. VÉC TƠ NGẪU NHIÊN
1. Định nghĩa véc tơ ngẫu nhiên.
2. Phân phối xác suất của véc tơ ngẫu nhiên(X; Y)
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
1
3. Sự độc lập của các biến ngẫu nhiên.
Bài tập củng cố chương II
32
33
37
37
37
37
38
38
39
40
40
41
41
41
42
44
45
46
48
48
48
49
49
50
50
CHƯƠNG III: MẪU NGẪU NHIÊN VÀ CÁC QUY LUẬT PHÂN PHỐI MẪU.
I. MẪU NGẪU NHIÊN VÀ CÁCH CHỌN MẪU.
1. Đám đông(tổng thể).
2. Mẫu ngẫu nhiên.
3. Các phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên.
4. Cách ghi số liệu(mẫu quan sát).
5. Bản tần suất.
6. Phân phối mẫu tích lũy.
7. Định lý giới hạn trung tâm.
II. CÁC ĐẶC TRƯNG MẪU VÀ QUY LUẬT PHÂN PHỐI MẪU.
1. Thống kê mô tả( các đặc trưng mẫu).
2. Trung bình mẫu và quy luật phân phối.
3. Phương sai mẫu và quy luật phân phối.
4. Một số thống kê khác.
5. Phân vị chuẩn.
Bài tập củng cố chương III
CHƯƠNG IV: ƯỚC LƯỢNG THAM SỐ TỔNG THỂ.
I. ƯỚC LƯỢNG ĐIỂM.
1. Khái niệm về ước lượng điểm.
2. Phương pháp ước lượng.
II. KHOẢNG ƯỚC LƯỢNG.
1. Khoảng ước lượng( khoảng tin cậy).
2. Khoảng ước lượng cho trung bình .
3. Khoảng ước lượng cho tỉ lệ p.
51
52
53
56
56
56
57
2
4. Khoảng ước lượng cho phương sai của phân phối chuẩn.
Bài tập củng cố chương IV
CHƯƠNG V: KIỂM ĐỊNH GIẢ THIẾT THỐNG KÊ.
I. KIỂM ĐỊNH GIẢ THIẾT THAM SỐ.
1. Khái niệm về kiểm định giả thiết tham số tổng thể.
2. Kiểm định trung bình ( ) của tổng thể.
3. Kiểm định tỉ lệ (p) của tổng thể.
70
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
2
2
4. Kiểm định phương sai ()của tổng thể.
73
75
75
76
78
80
84
86
86
86
87
II. KIỂM ĐỊNH GIẢ THIẾT PHI THAM SỐ.
1. Kiểm định sự phù hợp của quy luật phân phối xác suất.
2. Kiểm định sự độc lập của hai đặc tính.
3. Kiểm định sự thuẩn nhất của luật phân phối.
Bài tập củng cố chương V
CHƯƠNG VI: PHÂN TÍCH HỒI QUY VÀ TƯƠNG QUAN.
I. HỆ SỐ TƯƠNG QUAN VÀ PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY.
1. Khái niệm tương quan và hồi quy.
2. Hệ số tương quan.
3. Phương trình hồi quy tuyến tính.
II. KIỂM ĐỊNH HỆ SỐ TƯƠNG QUAN VÀ SỰ PHÙ HỢP CỦA PHƯƠNG TRÌNH
HỒI QUY.
88
88
89
91
91
92
94
101
1. Kiểm định hệ số tương quan.
2. Kiểm định sự phù hợp của phương trình hồi quy.
3. Kiểm định giá trị của hệ số a.
4. Khoảng ước ượng cho giá trị dự báo của phương trình hồi quy.
Bài tập củng cố chương VI
Phụ lục.
Tài liệu tham khảo .
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
3
CHƯƠNG I
XÁC SUẤT-CÔNG THỨC TÍNH XÁC SUẤT
Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, người học có thể:
* Tính được xác suất bằng định nghĩa
* Phân biệt được các công thức tính xác suất và vận dụng chúng phù hợp.
* Phân tích và giải được bài toán xác suất trong chẩn đoán.
I. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT TẬP HỢP, TỔ HỢP
1. Tập hợp
1.1 Các phép toán trên tập hợp.
1.1.1. Phép hợp
Hợp của hai tập hợp A và B (ký hiệu: A B ) là tập hợp mà mỗi phần tử của nó thuộc tập
hợp A hoặc thuộc tập hợp B.
Ví dụ 1.1: Tập hợp các số thực là hợp của hai tập hợp số vô tỉ và số hữu tỉ
1.1.2. Phép giao
Giao của hai tập hợp A và B (ký hiệu: A B ) là tập hợp mà mỗi phần tử của nó thuộc đồng
thời cả hai tập hợp A và B.
2
x 36 0
Ví dụ 1.2: Tập hợp nghiệm của hệ bất phương trình
là giao của hai tập hợp
x 7 0
2
nghiệm của hai bất phương trình
1.1.3. Phép hiệu
và
.
x 7 0
x 36 0
Hiệu của hai tập hợp A và B (ký hiệu:
hợp A mà không thuộc tập hợp B.
) là tập hợp mà mỗi phần tử của nó thuộc tập
A \ B
Ví dụ 1.3: Tập hợp các số nguyên âm là hiệu của hai tập hợp các số nguyên và tập hợp các
số tự nhiên.
1.1.4. Quan hệ bao hàm
* Tập hợp A gọi là bao hàm trong tập hợp B(kí hiệu AB) nếu mọi phần tử của A đều
thuộc B.
* Nếu AB thì B\A gọi là phần bù của tập hợp A đối với tập hợp B. Khi đó ta kí hiệu
A B \ A
1.2 Các tính chất của các phép toán trên tập hợp
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
4
Phép hợp và phép giao trên tập hợp có một số tính chất cơ bản sau:
a) Tính giao hoán
b) Tính kết hợp
c) Tính phân phối
A B A B; A B A B
d)
( Luật Demorgan)
2. Giải tích tổ hợp
2.1 Hoán vị: Cho tập hợp gồm n phần tử (n>0), ta cần sắp xếp n phần tử vào n vị trí. Mỗi một
cách (kết quả) sắp xếp gọi là một hoán vị. Số hoán vị (kết quả sắp xếp): p(n)=n!=n.(n-1)…2.1..
2.2 Chỉnh hợp không lặp: Cho tập hợp gồm n phần tử (n>0), ta sắp xếp các phần tử của tập
hợp vào k vị trí (0<k n) (Mỗi vị trí chứa một phần tử,mỗi phần tử chỉ xuất hiện một lần trong
sắp xếp). Mỗi một cách (kết quả) sắp xếp gọi là một chỉnh hợp không lặp chập k của n phần tử.
Số chỉnh hợp (kết quả sắp xếp):
n!
Ank
(n k)!
2.3 Chỉnh hợp lặp: Cho tập hợp gồm n phần tử (n>0), ta sắp xếp các phần tử của tập hợp vào
k vị trí (0<k) (Mỗi vị trí chứa một phần tử,mỗi phần tử có thể xuất hiện nhiều lần trong sắp
xếp). Mỗi một cách (kết quả) sắp xếp gọi là một chỉnh hợp lặp chập k của n phần tử. Số chỉnh
hợp (kết quả sắp xếp):
~
Ank nk
2.4 Tổ hợp: Cho tập hợp gồm n phần tử (n>0), lấy ra k phần tử (0<k n) . Mỗi một cách (kết
quả) lấy gọi là một tổ hợp chập k của n phần tử.Số tổ hợp (kết quả lấy):
n!
Cnk
k!(n k)!
2.5 Quy tắc nhân: Cho tập hợp gồm n phần tử (n > 0), ta sắp xếp các phần tử của tập hợp vào
k vị trí (0 < k) (Mỗi vị trí chứa một phần tử,mỗi phần tử có thể xuất hiện nhiều lần trong sắp
xếp).
Giả sử :
Vị trí thứ 1 có n1 cách chọn phần tử sắp xếp
Vị trí thứ 2 có n2 cách chọn phần tử sắp xếp
.
.
.
Vị trí thứ k có nk cách chọn phần tử sắp xếp
Khi đó tổng số cách (kết quả) sắp xếp là: n1.n2…nk
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
5
2.6 Quy tắc cộng: Giả sử một công việc có k trường hợp thực hiện khác nhau đều thỏa yêu cầu.
Trường hợp 1 có n1 cách thực hiện, trường hợp 2 có n2 cách thực hiện,..., trường hợp k có nk
cách thực hiện. Khi đó, số cách thực hiện công việc là: n1 n2 nk
II. ĐỊNH NGHĨA, CÔNG THỨC TÍNH XÁC SUẤT
1. Biến cố ngẫu nhiên và các phép toán trên biến cố ngẫu nhiên
1.1 Đặt vấn đề
Trong thực tế cho thấy có rất nhiều thí nghiệm khi tiến hành nhiều lần trong cùng điều kiện
ban đầu nhưng không dẫn đến cùng kết quả. Chẳng hạn khi tung một con xúc xắc xem như
thực hiện một thí nghiệm, khi đó ta không thể đoán trước được chắc chắn kết quả xuất hiện là
mặt mấy chấm.
Những hiện tượng khi biết trước các điều kiện ban đầu mà ta không thể xác định chắc chắn
kết quả xảy ra của nó gọi là hiện tượng ngẫu nhiên hay phép thử ngẫu nhiên.
Ví dụ 1.4: Lượng mưa trong năm; đầu tư vào một dự án; tham gia một kỳ thi tuyển sinh;
kinh doanh một mặt hàng nào đó; điều trị cho một bệnh nhân;… là các hiện tượng ngẫu nhiên.
1.2 Biến cố ngẫu nhiên, Không gian biến cố sơ cấp
1.2.1. Biến cố sơ cấp
Khi thực hiện một phép thử ngẫu nhiên, mỗi kết quả có thể xảy ra của nó được gọi là biến cố
sơ cấp.
Tập hợp tất cả các biến cố cố sơ cấp của phép thử gọi là không gian các biến cố sơ cấp(Còn
gọi là không gian mẫu). Kí hiệu :
Ví dụ 1.5: Khi gieo một con xúc xắc. Gọi ei là kết quả xuất hiện mặt i chấm(i=1;2;3;4;5;6).
Khi đó: * Phép thử này có 6 biến cố sơ cấp : e1; e2; e3; e4; e5;e6.
* Không gian các biến cố sơ cấp ={e1; e2; e3; e4; e5;e6}
Ví dụ 1.6: Khi gieo một hạt giống. Gọi N là kết quả nảy mầm; K là kết quả không nảy mầm
Khi đó: * Phép thử này có 2 biến cố sơ cấp : N; K.
* Không gian các biến cố sơ cấp ={N; K}
1.2.2. Biến cố ngẫu nhiên(gọi tắt là biến cố)
Với một phép thử ngẫu nhiên, mỗi sự kiện mà ta không thể khẳng định chắc chắn nó xảy ra
hay không xảy ra gọi là biến cố ngẫu nhiên. Biến cố ngẫu nhiên thường kí hiệu: A, B, C, D, …
Ví dụ 1.7: Khi gieo một con xúc xắc. Gọi A là sự kiện mặt chẵn xuất hiện; B là sự kiện mặt
lẻ xuất hiện; C là sự kiện mặt chia hết cho 3 xuất hiện; …
Khi đó: A, B, C, … là các biến cố ngẫu nhiên
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
6
Chú ý: Cũng có thể hiểu biến cố ngẫu nhiên là tập hợp gồm một số biến cố sơ cấp. Do đó
biến cố ngẫu nhiên là tập hợp con của .
Ví dụ 1.8: Chọn các mệnh đề đúng trong các mệnh đề sau
a) Biến cố ngẫu nhiên là sự kiện luôn xảy ra trong phép thử ngẫu nhiên.
b) Phép thử ngẫu nhiên là biến cố ngẫu nhiên.
c) Biến cố sơ cấp là biến cố ngẫu nhiên
d) Biến cố ngẫu nhiên là phép thử ngẫu nhiên.
1.2.3. Biến cố chắc chắn, biến cố không thể.
Biến cố nào mà luôn xảy ra trong phép thử gọi là biến cố chắc chắn(kí hiệu ); Biến cố nào
mà không thể xảy ra trong phép thử gọi là biến cố không thể(Kí hiệu )
1.3 Các phép toán trên biến cố
1.3.1. Qan hệ giữa các biến cố
* Biến cố A được gọi là kéo theo biến cố B(kí hiệu AB) nếu A xảy ra kéo theo B cũng
xảy ra.
* Biến cố A và B được gọi là bằng nhau( kí hiệu A B) nếu A kéo theo B và B kéo theo A.
Ví dụ 1.9:
Hộp 1 gồm 10 viên bi, trong đó có 4 bi màu đỏ(D1, D2, D3, D4), 6 bi màu
xanh(X1, X2, X3, X4, X5, X6); hộp 2 gồm 8 viên bi, trong đó có 3 bi màu đỏ(D1, D2, D3), 5 bi
màu xanh(X1, X2, X3, X4, X5). Lấy ngẫu nhiên mỗi hộp ra 1 bi
Gọi A là biến cố lấy được bi đỏ ở H1, bi xanh ở H2; B là biến cố lấy được hai bi đỏ; C là
biến cố lấy được hai bi cùng màu; D là biến cố lấy được hai bi khác màu.
* Các kết quả sau, kết quả nào đúng :
a) Nếu A xảy ra thì D xảy ra
xảy ra
d) Nếu C xảy ra thì B xảy ra
bằng 20
g) Số phần tử của B bằng 12
bằng 38
1.3.2 Các phép toán: Cho A và B là hai biến cố ngẫu nhiên.
b) Nếu D xảy ra thì A xảy ra
c) Nếu B xảy ra thì C
e) Số phần tử của bằng 80 f) Số phần tử của A
h) Số phần tử của C bằng 42
i) Số phần tử của D
a. Phép cộng: Tổng của hai biến cố A và B, kí hiệu A B là biến cố xảy ra khi và chỉ khi ít
nhất một trong hai biến cố A, B xảy ra.
b. Phép nhân: Tích của hai biến cố A và B, kí hiệu A B là biến cố xảy ra khi và chỉ khi
hai biến cố A, B đồng thời xảy ra.
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
7
c. Phép trừ: Hiệu của hai biến cố A và B, kí hiệu A\B là biến cố xảy ra khi và chỉ khi biến
cố A xảy ra mà biến cố B không xảy ra.
1.3.3 Định nghĩa :
* Ta gọi A = \ A là biến cố đối lập của biến cố A
* Hai biến cố A, B được gọi là xung khắc nếu A B= (A, B không đồng thời xảy ra)
Chú ý: Những tính chất của phép cộng, nhân và trừ giống như các tính chất của phép hợp,
giao và hiệu của lý thuyết tập hợp
Ví dụ 1.10: Hộp 1 gồm 10 lọ thuốc, trong đó có 2 lọ không đạt chuẩn, 8 lọ tốt; hộp 2 gồm
10 lọ thuốc, trong đó có 1 lọ không đạt chuẩn, 9 lọ tốt. Lấy ngẫu nhiên mỗi hộp ra 1 lọ thuốc
Gọi A1 là biến cố lấy được lọ tốt ở H1, A2 là biến cố lấy được lọ tốt ở H2; A là biến cố lấy
được 2 lọ tốt; B là biến cố lấy được 1 lọ tốt, 1 lọ kém phẩm chất.
Đáp án nào đúng, đáp án nào sai:
a) A = A1 A2
b) B = A A2
c) A, B xung khắc
d) B = (A A ) (A A2 )
1
1
2
1
2. Hệ đầy đủ các biến cố:
Định nghĩa: Dãy n biến cố B1,B2,…, Bn lập thành hệ đầy đủ nếu thỏa mãn 2 điều kiện sau:
a) B1 B2 … Bn =
, i j
b) Bi Bj =
Ví dụ 1.11: Gieo đồng thời 2 đồng tiền gồm hai mặt S, N.
Gọi NN là biến cố hai đồng tiền xuất hiện mặt ngữa.
SS là biến cố hai đồng tiền xuất hiện mặt sấp.
SN là biến cố đồng tiền thứ nhất xuất hiện mặt sấp, đồng tiền thứ 2 xuất hiện mặt ngữa.
NS là biến cố đồng tiền thứ nhất xuất hiện mặt ngữa, đồng tiền thứ 2 xuất hiện mặt sấp.
A là biến cố có một đồng tiền xuất hiện mặt sấp.
Chọn đáp án đúng:
a) = {NN; NS; SN; SS
c) A = {NS; SN}
b) Hệ biến cố { NN, NS, SN, SS } là hệ đầy đủ
d) Hệ biến cố {NN, A, SS} lập thành hệ đầy đủ.
3. Các định nghĩa xác suất
3.1 Định nghĩa xác suất cổ điển
Định nghĩa: Với không gian biến cố sơ cấp hữu hạn phần tử, các biến cố sơ cấp đồng
khả năng. A là một biến cố trong không gian . Khi đó xác suất (khả năng) biến cố A xảy ra
n ( A )
được xác định :
P(A)=
n ( )
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
8
Trong đó:
n ( A)
n ( )
*
*
là số biến cố sơ cấp (kết quả) có trong A( Số kết quả thuận lợi cho A xảy ra)
là số biến cố sơ cấp (kết quả) của không gian (Số kết quả có thể xảy ra của
phép thử).
Ví dụ 1.12: Tung một con xúc xắc cân đối và đồng chất.
Gọi ei là biến cố xuất hiện mặt i chấm(i=1,2,…, 6)
A là biến cố xuất hiện mặt chẵn.
B là biến cố xuất hiện mặt chia hết cho 3
Ta thấy:
1
* Các ei đồng khả năng vì P(ei)=
i 1,2,...,6
6
* A={e2, e4, e6}: có 3 kết quả (biến cố sơ cấp) thuận lợi cho A xảy ra.
* B={e3, e6}: có 2 kết quả (biến cố sơ cấp) thuận lợi cho B xảy ra.
* ={e1; e2; e3; e4; e5;e6}: Có 6 kết quả (biến cố sơ cấp) có thể xảy ra.
n(A)
3
n(B)
2
P(A)
0.5 P(B)
0.333
n() 6
Do đó:
;
n() 6
Ví dụ 1.13:
1) Một đợt xổ số phát hành 106 vé số, trong đó có 1 giải đặc biệt (6 số); 10 giải nhất(5 số),
10 giải nhì(5 số), 20 giải ba(5 số); 70 giải tư(5 số); 100 giải năm(4 số); 300 giải sáu(4 số); 1000
Giải bảy(3 số); 10000 giải tám(2 số); 9 giải phụ đặc biết và 45 giải khuyến khích. Một người
mua ngẫu nhiên một tờ vé số. Tìm xác suất để người đó:
a) Trúng giải đặc biệt; giải nhất; giải tư; giải tám.
b) trúng số.
2) Khi lai hai cây đậu có kiểu gen Aa. Tính xác suất để thế hệ con mang kiểu gen:
a) aa
b) AA
c) Dị hợp tử
d) đồng hợp tử
3) Một hộp gồm 5 bi trắng, 4 bi đỏ. Từ hộp đó lấy ngẫu nhiên cùng ra 2 bi.
a) Không gian biến cố sơ cấp có bao nhiêu phần tử.
b) Gọi B là biến cố lấy được hai bi đỏ. Tìm P(B)
c) Gọi C là biến cố lấy được hai bi khác màu. Tìm P(C)
d) Gọi D là biến cố lấy được hai bi cùng màu. Tìm P(D)
3.2 Định nghĩa xác suất tần suất
Qua định nghĩa ở mục 3.1 ta thấy nó đòi hỏi không gian biến cố sơ cấp hữu hạn phần tử
và lại đồng khả năng. Vì vậy để khắc phục nhược điểm đó ta xét định nghĩa sau:
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
9
Giả sử một phép thử có thể lặp lại n lần độc lập, trong đó biến cố A xuất hiện m lần trong n
m
lần thực hiện phép thử. Khi đó ta gọi f =
là tần suất xuất hiện biến cố A. Người ta kiểm
n
m
chứng được khi số lần lặp n càng lớn thì tỉ số
tiến về một giá trị cố định p nào đó,
n
Ví dụ 1.14: Nhà toán học Pearson và Buffon đã làm thực nghiệm gieo nhiều lần một đồng
tiền cân đối và đồng chất. kết quả được ghi lại như sau:
Người làm thí nghiệm Số lần gieo Số lần xuất hiện mặt ngữa
m
n
f=
Buffon
4040
12000
24000
2048
6019
0.508
Pearson(lần 1)
Pearson(lần 2)
0.5016
0.5005
12012
Với bảng thực nghiệm trên cho thấy xác suất để mặt ngữa xuất hiện là p = 0.5
m
Định nghĩa: Khi số lần lặp n của phép thử càng lớn, tần suất
của biến cố A tiến về
n
một số cố định p, ta nói biến cố A ổn định ngẫu nhiên và p chính là xác xuất của biến cố A. Và
m
n
m
n
như vậy khi n đủ lớn ta có thể xấp xĩ
,nghĩa là: P(A)
p
Ví dụ 1.15: Để biết xác suât bắn trúng mục tiêu của một xạ thủ là bao nhiêu, người ta tiến
hành cho xạ thủ đó bắn n viên đủ lớn(mỗi lần bắn xem như thực hiện một phép thử), sau đó ghi
nhận số viên đạn trúng mục tiêu (giả sử m viên trúng mục tiêu).
m
Khi đó: f=
được xem là xác suất trúng mục tiêu của xạ thủ đó
n
3.3 Định nghĩa xác suất hình học
Cho là một miền đo được (1 chiều, 2 chiều, 3 chiều, …) và miền con S đo được của .
Lấy ngẫu nhiên một điểm M trong miền
Định nghĩa: Xác suất để điểm M rơi vào miền S được xác định:
Độ đo S
P =
Độ đo
Chú ý:
* Nếu là đường cong hay đường thẳng thì độ đo của là chiều dài
* Nếu là hình phẳng thì độ đo của là diện tích
* Nếu là hình khối thì độ đo của là thể tích
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
10
Ví dụ 1.16: 1) Cho đường tròn (C) ngoại tiếp tam giác đều ABC cạnh a. lấy ngẫu nhiên một
điểm M rơi vào hình tròn. Tìm xác suất điểm M rơi vào miền trong tam giác ABC.
2) Hai người hẹn gặp nhau tại một địa điểm từ 7 giờ đến 7 giờ 30 phút. Với quy
ước người đến trước đợi người đến sau 5 phút, nếu quá 5 phút mà người thứ hai chưa đến thì
người đến trước bỏ đi, cuộc hẹn thất bại. Tính xác suất cuộc hẹn thành công
Giải
1) Gọi A là biến cố điểm M rơi vào miền trong tam giá ABC
a2
3
SABC
S(C)
4
P(A)
0,4135
2
a 3
.
3
2) Gọi x, y lần lượt là thời điểm của người thứ nhất, người thứ hai đến điểm hẹn.
Gọi A là biến cố cuộc hẹn thành công
y x 5
y x5
* Miền của A:
SA 302 252 275; S 302
SA 275
P(A)
0,3056
S 302
4. Các công thức tính xác suất
4.1 Công thức cộng
Cho n biến cố ngẫu nhiên A1, A2,…, An trên cùng không gian biến cố sơ cấp . Khi đó:
n
n
P( A ) P(A )
P(A A )
P(A A A ) ... (1)n1 P(A A ... A )
k
k
k
j
k
j
l
1
2
n
k1
1k jn
1k jln
k1
n
n
P( A ) P(A )
* Nếu các biến cố A1, A2,…, An đôi một xung khắc thì
k
k
k1
k1
* Với hai biến cố A, B:
P(A B)=P(A)+P(B)-P(A B)
P(A B)=P(A)+P(B), (Với A, B xung khắc)
* Với ba biến cố A, B, C:
P(A B C)=P(A)+P(B)+P(C)-P(A B)-(A C)-P(B C)+P(A B C)
P(A B C)=P(A)+P(B)+P(C), (Với A, B, C đôi một xung khắc)
Ví dụ 1.17: Từ một hộp gồm 3 bi trắng, 5 bi đỏ lấy ngẫu nhiên cùng lúc ra 3 bi.
Gọi A là biến cố lấy được 2 đỏ, 1 trắng; B là biến cố lấy được 2 trắng, 1 đỏ
Tìm P(A), P(B), P(A B)
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
11
Giải
* P(A) = 0,5357; P(B) = 0,2679; P(A B) = P(A) + P(B) = 0,8036 (A, B xung khắc)
4.2 Xác suất có điều kiện, công thức nhân
4.2.1. Xác suất điều kiện
Ví dụ 1.18: Từ bộ bài Lutukhơ(52 lá), rút ngẫu nhiên ra 1 lá.
Gọi A là biến cố rút được lá hai; B là biến cố rút được lá màu đỏ
Tìm: a) P(A), P(B), P(A B)
b) P(AB): Xác suất lá rút được lá hai, biết lá rút được là lá màu đỏ
Giải
4
1
2
1
26
52
1
2
a) P(A)=
, P(B) =
, P(A B)=
52 13
n(A B)
52 26
2
1
P(AB)
b)
n(B)
26 13
P(AB)
* Ta gọi
là xác suất của biến cố A với điều kiện biến cố B đã xảy ra và nó được tính
n(A B) P(A B)
P(A B)
bởi công thức:
n(B)
P(B)
P(A B) P(A) P(B A) P(B)
* Hai biến cố A và B gọi là độc lập nếu
4.2.2. Công thức nhân
;
P(A B) P(B)P(AB)
P(A)P(B A)
*Từ công thức xác suất điều kiện ta có:
P(A B) P(A)P(B)
* Nếu A, B độc lập thì
n
P( A ) P(A )P(A A )P(A A A )...P(A A ... A )
* Tổng quát:
k
1
2
1
3
1
2
n
1
n1
k1
n
n
P( A )
P(A )
k
* Nếu A1, A2,…, An là các biến cố độc lập thì:
k
k1
k1
Chú ý: * Nếu hai biến cố A, B xung khắc thì ta có thể sử dụng kí hiệu A+B thay cho
A B.
* Nếu hai biến cố A, B độc lập ta có thể sử dụng kí hiệu A.B thay cho A B
4.3 Công thức xác suất đầy đủ và công thức Bayes
Trong không gian cho hệ đầy đủ các biến cố A1, A2,…, An , A là một biến cố bất
kỳ của , Khi đó ta có:
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
12
P(A) P(A )P(A A ) P(A2 )P(A A2 ) ... P(An )P(A An )
a)
1
1
(Công thức xác suất đầy đủ)
P(Ak )P(A Ak )
b) Nếu
thì P(Ak A)
, k=1,2,…,n, (Công thức Bayes)
P(A) 0
P(A)
Chứng minh
a) Ta có:
n
k1
A( A )
A=A =
, Vì A1, A2,…, An là hệ đầy đủ
k
n
n
(A A ) P(A)
P(AA )
A=
,Vì A1, A2,…, An Xung khắc đôi một
k1
k
k
k1
n
P(A )P(A A )
P(A) =
.
k
k
k1
P(Ak )P(A Ak )
P(A)
P(A Ak )
P(A)
P(Ak A)
b) Ta có:
Ví dụ 1.19: 1) Từ một hộp gồm 10 bi trắng, 5 bi đỏ, lấy lần lượt không hoàn lại ra 2 bi.
a) Tính xác suất 2 bi lấy ra cùng màu đỏ
b) Tính xác suất 2 bi lấy ra khác màu nhau
2) Có hai lô sản phẩm, lô 1 có 100 sản phẩm trong đó có 10 phế phẩm; lô 2 có 90 sản phẩm
trong đó có 5 phế phẩm.
a) Lấy ngẫu nhiên mỗi lô 1 sản phẩm. Tìm xác suất trong 2 sản phẩm lấy ra có 1 phế phẩm
b) Chọn ngẫu nhiên 1 lô, rồi từ lô đó lấy ngẫu nhiên ra 2 sản phẩm. Tìm xác suất trong 2 sản
phẩm lấy ra có 1 phế phẩm
Giải
1) a) Gọi A là biến cố lấy được hai bi cùng màu
Ai là biến cố lấy được bi trắng ở lần thứ i(i=1,2)
P(A) P(A A2 A A2 ) P(A )P(A2 A ) P(A )P(A2 A )
1
1
1
1
1
1
10 9 5 4
=
.
.
0,524
15 14 15 14
b) P(A) 1 P(A) 0,476
2) a) Gọi A là biến cố lấy được một phế phẩm trong hai sản phẩm lấy ra
Ai là biến cố lấy được phế phẩm từ lô thứ i(i=1,2)
P(A) P(A A2 A A2 ) P(A )P(A2 ) P(A )P(A2 ) =0,14444
1
1
1
1
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
13
b) Bi là biến cố 2 sản phẩm lấy ra thuộc lô thứ i(i=1,2)
P(A) P(B1)P(A B1) P(B2 )P(A B2 ) 0,14397
4.4 Công thức xác suất nhị thức(công thức Bernoulli)
Cho n phép thử độc lập(kết quả xảy ra hay không xảy ra của phép thử này không ảnh hưởng
đến kết quả xảy ra hay không xảy ra của phép thử khác), mỗi phép thử ta chỉ quan tâm đến hai
A
biến cố A và
và P(A) =p (không đổi với mỗi phép thử)
Xác suất để biến cố A xuất hiện k lần trong n lần thực hiện phép thử được xác định:
Ck pk (1 p)nk
Pn(k; A)=
, k = 0, 1, 2, …,n
n
Chứng minh
Gọi B là biến cố trong n lần thực hiện phép thử có k lần biến cố A xảy ra
k
B A... AA ... A A ... AAAA ... A...
, ( có C hạng tử)
n
k
nk
k1
nk1
k
n
P(B) P(A... AA ... A) P(A ... AAAA ... A)...
, ( có C số hạng)
k
nk
k1
nk1
P(B) [P(A)]k [P(A)]nk [P(A)]k [P(A)]nk ...
P(B) Cnk pk (1 p)nk
k
n
, ( có C số hạng)
Ví dụ 1.20: Tung 20 lần một con xúc xắc cân đối và đồng chất. Tìm xác suất
a) Có 5 lần xuất hiện mặt 3 chấm. P (5; A) 0,1294
20
b) Có 8 lần xuất hiện mặt chẵn. P (8;B) 0,120
20
c) Có ít nhất 2 lần xuất hiện mặt chẵn. P(C) 1 P(C) 0,99998
(A, B tương ứng là biến cố xuất hiện mặt 3 chấm, mặt chẵn ở mỗi lần; C là biến cố có ít
nhất 2 lần xuất hiện mặt chẵn)
5. Xác suất trong chẩn đoán
Định nghĩa: Giả sử T là một xét nghiệm, T+: dương tính; T-: âm tính; B: mắc bệnh.
* Độ nhạy của xét nghiệm: Độ nhạy của xét nghiệm là xác suất xét nghiệm T cho kết quả
dương tính đối với người mắc bệnh: P(T B)
* Độ chuyên( độ đặc hiệu) của xét nghiệm: Là xác suất xét nghiệm T cho kết quả âm tính
P(T B)
đối với người không mắc bệnh:
* Xác suất tiên nghiệm: Là xác suất chẩn đoán người xét nghiệm có bệnh (không có bệnh)
khi kết quả xét nghiệm T cho dương tính(âm tính ): P(B T ) ; P(B T ) .
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
14
+ P(B T ) : Còn gọi là giá trị đúng của phản ứng dương tính.
+ P(B T ) : Còn gọi là giá trị đúng của phản ứng âm tính.
* Giá trị đúng của phản ứng(XN): là xác suất chẩn đoán đúng sau khi xét nghiệm cho kết
quả dương tính hay âm tính: P(Đ)=
P(B)P(T B) P(B)P(T B)
……………………..
Bài Tập củng cố chương I
***************
1) Một phòng điều trị cho 3 bệnh nhân nặng A, B, C. Trong 1 giờ xác suất để bệnh nhân A,
B, C cấp cứu tương ứng là 0,6; 0,7; 0,8. Tìm xác suất sao cho trong 1 giờ:
a) Cả 3 bệnh nhân cấp cứu.
b) Có ít nhất một bệnh nhân cấp cứu.
c) Có 2 bệnh nhân cấp cứu.
2) Một ông A 43 tuổi đến khám tổng quát. Phân tích nước tiểu thấy có đường niệu. Bác sĩ
chẩn đoán khả năng ông A bị bệnh tiểu đường là 20%. Một xét nghiệm(XN) T(phân tích nước
tiểu) dùng để phát hiện bệnh tiểu đường, với độ nhạy 92%; độ chuyên 84%.
a) Cho ông A làm XN T, kết quả dương tính. Tính khả năng ông A bị bệnh tiểu đường.
b) Cho ông A làm tiếp xét nghiệm T/ (phương pháp thử máu), với độ nhạy 80%; độ chuyên
96%, kết quả cũng dương tính, khả năng ông A bị bệnh tiểu đường là bao nhiêu.
3) Xác suất sinh con trai bằng 0,514. Ai có khả năng thực hiện mong muốn của mình hơn:
a) Phụ nữ A mong muốn sinh bằng được con gái.
b) Phụ nữ B mong muốn sinh bằng được con trai.
4) Tại một bệnh viện , tỉ lệ mắc bệnh B là 0,1. để chẩn đoán xác định, người ta làm phản ứng
miễn dịch, nếu khẳng định có bệnh thì đúng 50%, nếu người không bị bệnh thì sai 10%.
a) Tìm xác suất dương tính của nhóm bị bệnh.
b) Tìm giá trị đúng của chẩn đoán miễn dịch.
5) Khi chẩn đoán bệnh B, một phản ứng có xác suất dương tính là 75%. Nếu phản ứng
dương tính thì đúng 9/10 trường hợp. Giá trị của phản ứng âm tính là 50%. Một người được
chẩn đoán đúng. Khả năng người đó bị bệnh là bao nhiêu; Tìm xác suất người đó kết quả XN
âm tính.
6) Khám bệnh ngoài da cho các cháu tại một nhà trẻ, các bác sĩ thấy 70% trẻ mắc bệnh A,
50% trẻ mắc bệnh B.
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
15
Dùng thuốc T1 chữa trị, xác suất khỏi bệnh A là 80%; bệnh B là 50%; cả 2 bệnh là 35%.
Dùng thuốc T2 chữa trị, xác suất khỏi bệnh A là 60%; bệnh B là 80%; cả 2 bệnh là 30%.
Biết rằng giá thuốc và khối lượng thuốc chữa trị là như nhau. Nên dùng thuốc thế nào để
chữa trị cho các cháu
7) Một Xét nghiệm T(phân tích nước tiểu) dùng để chẩn đoán bệnh tiểu đường. Để xác định
độ nhạy và độ chuyên của xét nghiệm T này, người ta tiến hành làm một bảng test kết quả như
sau: Trong 150 người bị bệnh tiểu đường cho làm xét nghiệm T thì thấy có 138 người cho kết
quả dương tính; Trong 200 người không bị bệnh tiểu đường cho làm xét nghiệm T thì có 30
người cho kết quả dương tính(dương giả)
a) Xác định độ nhạy; độ chuyên và giá trị đúng của xét nghiệm dương tính, âm tính.
b) Bằng phương pháp thử máu T/ có độ nhạy 0,8; độ chuyên 0,96 đem áp dụng cho hai
nhóm trên thì giá trị đúng của xét nghiệm âm tính, dương tính là bao nhiêu.
c) Một người đến làm xét nghiệm T có kết quả dương tính, và tiếp tục làm xét nghiệm T/
cũng cho kết quả dương tính. Vậy khả năng người này bị tiểu đường là bao nhiêu %
8) Tỉ lệ mắc bệnh X của lô chuột thứ nhất (LI) là 0,1; Ở lô chuột thứ hai(LII) là 0,07
a) Bắt ngẫu nhiên 3 con chuột ở LI, tính xác suất có ít nhất một con bị mắc bệnh X; Phải bắt
ít nhất mấy con của LI để xác suất có ít nhất một con bị mắc bệnh X lớn hơn 0,9
b) Bắt ngẫu nhiên mỗi lô một con chuột, tính xác suất có ít nhất một con mắc bệnh X.
c) Chọn ngẫu nhiên một lô, rồi từ lô đó bắt ngẫu nhiên ra hai con chuột, tính xác suất cả hai
con đều mắc bệnh X
9) Bệnh A có 3 thể A1, A2, A3 với tỷ lệ 1/2; 1/6; 1/3 trong dân số, để chẩn đóan bệnh A ta
dùng xét nghiệm E. E cho dương tính 10% nếu là A1; 20% nếu là A2, 90% nếu là A3
a) Khi một người bị bệnh A đến khám thì khả năng E cho dương tính là bao nhiêu
b) Một người bị bệnh A khi dùng xét nghiệm E cho kết quả dương tính thì khả năng người
này mắc bệnh A1; A2; A3 tương ứng là bao nhiêu %
10) Tỉ lệ viên thuốc bị sứt mẻ của máy dập A là 10%, lấy ngẫu nhiên 5 viên thuốc từ máy
dập đó tính xác suất có ít nhất 1 viên bị sứt mẻ; Quan sát tối thiểu mấy viên để xác suất có ít
nhất một viên bị sứt mẻ không dưới 95%
11) Có hai xét nghiệm(XN) để chẩn đoán bệnh K- vú. T1(độ nhạy 90%; độ chuyên 80%),
T2(độ nhạy 80%; độ chuyên 90%).
a) Bà A đến khám bệnh, bác sĩ đánh giá khả năng bà A bị K- vú là 5%. Cho bà A làm XN T1
có kết quả âm tính. Sau đó cho bà A làm tiếp XN T2, kết quả cũng âm tính. Nếu chẩn đoán bà
A không bị K- vú, khả năng đúng là bao nhiêu %?
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
16
b) Bà B đến khám bệnh, bác sĩ đánh giá khả năng bà B bị K- vú là 10%. Cho bà A làm XN
T1 có kết quả dương tính. Sau đó cho bà B làm tiếp XN T2, kết quả cũng dương tính. Nếu chẩn
đoán bà B bị K- vú, khả năng đúng là bao nhiêu %?
12) Có hai xét nghiệm T1 và T2 dùng để chẩn đoán bệnh B; T1 có độ nhạy 93% và độ
chuyên 95%; T2 có độ nhạy 97% và độ chuyên 90%. T1 dùng để sàn lọc những người có nguy
cơ bị bệnh B; T2 dùng để chẩn đoán bệnh này trên những người mà T1 cho kết quả dương tính.
Một người đến từ dân số có tỷ lệ bệnh B là 0,001,
a) Cho người này làm xét nghiệm T1, kết quả T+. Tính xác suất người này mắc bệnh B.
b) Cho làm tiếp xét nghiệm T2 cũng thấy dương tính. Tính xác suất người này mắc bệnh B
13. Một bác sĩ chữa bệnh B, có xác suất chữa khỏi bệnh là 0,8. Có người cho rằng, cứ 5
người mắc bệnh B đến chữa thì chắc chắn có 4 người khỏi bệnh; người khác cho rằng cứ 10
người bị bệnh B đến chữa thì chắc chắn có 8 người khỏi bệnh. Ai đúng, ai sai. Tính hai xác suất
trên.
14. Người có nhóm máu AB có thể nhận bất kỳ nhóm máu nào. Người có nhóm máu còn lại
có thể nhận máu của người có cùng nhóm máu với mình hoặc của người có nhóm máu O. Tỉ lệ
các nhóm máu O; A; B; AB của người Ê ĐÊ tương ứng bằng 0,24; 0,29; 0,32; 0,15. Chọn ngẫu
nhiên một người nhận máu và một người cho máu của dân tộc trên. Tính xác suất để sự truyền
máu được thực hiện.
15. Một phản ứng có độ nhạy bằng 0,7, giá trị âm tính bằng 0,875 và xác suất âm tính của
nhóm sai bằng 0,25. Dùng phản ứng để chẩn đoán bệnh, tìm tỉ lệ bị bệnh.
16. Cho biết xác suất sinh được con trai trong mỗi lần sinh là 0,514
a) Tính xác suất sinh được con trai trong 4 lần sinh. Số lần sinh ít nhất bao nhiêu để xác suất
sinh được con trai không nhỏ hơn 99%.
b) Tỉ lệ cặp vợ chồng đã có 2 con không sinh nữa chiếm 70%. Khảo sát ngẫu nhiên 30 cặp
vợ chồng đã có 2 con, Tính xác suất có 20 cặp không sinh nữa; 25 cặp không sinh nữa.
17. Gọi E1 là sự kiện sinh đôi thật(hai trẻ luôn cùng giới); E2 là sự kiện sinh đôi giả(hai trẻ
cùng giới hoặc khác giới). Nếu sinh đôi giả xác suất cùng giới 50%; tỉ lệ sinh đôi thật bằng p.
a) Tìm xác suất sinh đôi thật của nhóm cùng giới.
b) Nếu 2 trẻ sinh đôi khác giới thì xác suất sinh đôi giả là bao nhiêu.
18. Tỉ lệ X-quang cho dương tính là 20%, giá trị của X-quang dương tính là 25%. Biết tỉ lệ
bị bệnh trong nhóm X- quang âm tính bằng 0,0125. Dùng X-quang chẩn đoán bệnh. Tìm độ
nhạy, độ đặc hiệu của X- quang.
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
17
19. Một người nghi mắc 1 trong 3 bệnh B1, B2, B3. Tỉ lệ mắc các bệnh B1, B2, B3 tương ứng
bằng 0,4; 0,2; 0,4. Để chẩn đoán bệnh làm XN 3 lần: Nếu XN 2 lần dương tính, người ta chẩn
đoán là B3; nếu XN 3 lần dương tính người ta chẩn đoán là B1. Hãy chứng tỏ rằng các chẩn
đoán trên có xác suất đúng là lớn nhất. Biết rằng xác suất dương tính đối với bệnh B1, B2, B3
tương ứng bằng 90%; 80%; 70%.
**************************
Tài liệu giảng dạy môn: Xác suất-Thống kê Y học
18
Tải về để xem bản đầy đủ
103 trang
12/05/2022
3320
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Xác suất thống kê y học - Lý Thành Tiến", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_xac_suat_thong_ke_y_hoc_ly_thanh_tien.pdf
