Chọn ngẫu nhiên 3 số a,b,c trong tập hợp S = {1;2;…; 26}. Biết xác suất để 3 s…
\(a^2 + b^2+c^2\) chia hết cho 5.
Chào các em học sinh lớp 10! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài toán về xác suất rất thú vị liên quan đến các phép toán trên tập hợp số. Bài toán như sau:
Bài toán: Chọn ngẫu nhiên 3 số a,b,c trong tập hợp S = {1;2;…; 26}. Tính xác suất để 3 số chọn ra thỏa mãn \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho 5.
Để giải bài toán này, chúng ta sẽ thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Tính tổng số các kết quả có thể xảy ra
Tập hợp S có 26 phần tử. Chúng ta chọn ngẫu nhiên 3 số từ tập hợp này mà không quan tâm đến thứ tự. Đây là bài toán tổ hợp chập 3 của 26 phần tử. Số các kết quả có thể xảy ra, ký hiệu là \(n(\Omega)\), được tính bằng công thức tổ hợp:
\(n(\Omega) = C_{26}^3 = \frac{26!}{3!(26-3)!} = \frac{26!}{3!23!} = \frac{26 \times 25 \times 24}{3 \times 2 \times 1} = 26 \times 25 \times 4 = 2600\)
Vậy, có 2600 cách chọn ngẫu nhiên 3 số từ tập hợp S.
Bước 2: Phân loại các số trong tập hợp S theo số dư khi chia cho 5
Để \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho 5, chúng ta cần xem xét số dư của \(a^2\), \(b^2\), \(c^2\) khi chia cho 5. Số dư của một số nguyên khi chia cho 5 chỉ có thể là 0, 1, 2, 3, 4.
Bình phương của các số này khi chia cho 5 có số dư như sau:
- Nếu số dư là 0 (số chia hết cho 5): \(0^2 \equiv 0 \pmod{5}\)
- Nếu số dư là 1 hoặc 4: \(1^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(4^2 = 16 \equiv 1 \pmod{5}\)
- Nếu số dư là 2 hoặc 3: \(2^2 = 4 \equiv 4 \pmod{5}\), \(3^2 = 9 \equiv 4 \pmod{5}\)
Như vậy, \(a^2\), \(b^2\), \(c^2\) khi chia cho 5 chỉ có thể có số dư là 0, 1, hoặc 4.
Bây giờ, chúng ta sẽ phân loại các số trong tập hợp S = {1; 2; …; 26} dựa trên số dư của chúng khi chia cho 5:
- Số dư là 0 (chia hết cho 5): Các số này có dạng \(5k\). Trong tập S, đó là: 5, 10, 15, 20, 25. Có 5 số.
- Số dư là 1: Các số này có dạng \(5k+1\). Trong tập S, đó là: 1, 6, 11, 16, 21, 26. Có 6 số.
- Số dư là 2: Các số này có dạng \(5k+2\). Trong tập S, đó là: 2, 7, 12, 17, 22. Có 5 số.
- Số dư là 3: Các số này có dạng \(5k+3\). Trong tập S, đó là: 3, 8, 13, 18, 23. Có 5 số.
- Số dư là 4: Các số này có dạng \(5k+4\). Trong tập S, đó là: 4, 9, 14, 19, 24. Có 5 số.
Tổng số các số: 5 + 6 + 5 + 5 + 5 = 26. Đúng với số phần tử của tập hợp S.
Chúng ta ký hiệu các nhóm số này như sau:
- Nhóm R0: Các số có số dư là 0 khi chia cho 5. Số phần tử \(n(R0) = 5\). Số dư của bình phương khi chia cho 5 là 0.
- Nhóm R1: Các số có số dư là 1 khi chia cho 5. Số phần tử \(n(R1) = 6\). Số dư của bình phương khi chia cho 5 là 1.
- Nhóm R2: Các số có số dư là 2 khi chia cho 5. Số phần tử \(n(R2) = 5\). Số dư của bình phương khi chia cho 5 là 4.
- Nhóm R3: Các số có số dư là 3 khi chia cho 5. Số phần tử \(n(R3) = 5\). Số dư của bình phương khi chia cho 5 là 4.
- Nhóm R4: Các số có số dư là 4 khi chia cho 5. Số phần tử \(n(R4) = 5\). Số dư của bình phương khi chia cho 5 là 1.
Bước 3: Tìm các trường hợp \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho 5
Điều kiện \(a^2 + b^2 + c^2 \equiv 0 \pmod{5}\) xảy ra khi tổng số dư của \(a^2\), \(b^2\), \(c^2\) khi chia cho 5 bằng 0 (hoặc bằng 5, 10, …).
Các số dư của bình phương khi chia cho 5 là {0, 1, 4}. Chúng ta cần tìm các bộ ba số dư (x, y, z) từ {0, 1, 4} sao cho \(x + y + z \equiv 0 \pmod{5}\).
Các trường hợp có thể xảy ra là:
- Trường hợp 1: Ba số đều có \(bình phương\) chia hết cho 5.
- Trường hợp 2: Một số có \(bình phương\) chia hết cho 5, hai số còn lại có \(bình phương\) có số dư là 2 hoặc 3 (tức là 4 khi chia cho 5).
- Trường hợp 3: Ba số có \(bình phương\) có số dư là 1 khi chia cho 5.
- Trường hợp 4: Hai số có \(bình phương\) có số dư là 1, một số có \(bình phương\) có số dư là 3 (tức là 4 khi chia cho 5).
- (0, 0, 0): \(0+0+0 = 0 \equiv 0 \pmod{5}\) – Đã xét ở Trường hợp 1.
- (1, 1, 1): \(1+1+1 = 3 \not\equiv 0 \pmod{5}\) – Loại.
- (4, 4, 4): \(4+4+4 = 12 \equiv 2 \pmod{5}\) – Loại.
- (0, 1, 4): \(0+1+4 = 5 \equiv 0 \pmod{5}\)
- (0, 4, 1): Tương tự (0, 1, 4).
- (1, 0, 4): Tương tự (0, 1, 4).
- (4, 0, 1): Tương tự (0, 1, 4).
- (1, 4, 0): Tương tự (0, 1, 4).
- (4, 1, 0): Tương tự (0, 1, 4).
- (1, 1, ?) – Cần tổng là 0 mod 5. 1+1 = 2, cần 3 mod 5. Không có số dư 3 cho bình phương.
- (4, 4, ?) – Cần tổng là 0 mod 5. 4+4 = 8. Cần -8 mod 5, tức là 2 mod 5. Không có số dư 2 cho bình phương.
- (0, 0, ?) – Cần tổng là 0 mod 5. 0+0 = 0, cần 0 mod 5. Đã xét ở Trường hợp 1.
- Trường hợp 4 (mới): Một số có \(bình phương\) chia hết cho 5, một số có \(bình phương\) dư 1, một số có \(bình phương\) dư 4.
- a thuộc nhóm R0 (số dư 0 khi chia cho 5, \(a^2 \equiv 0 \pmod{5}\)).
- b thuộc nhóm R1 hoặc R4 (số dư 1 hoặc 4 khi chia cho 5, \(b^2 \equiv 1 \pmod{5}\)).
- c thuộc nhóm R2 hoặc R3 (số dư 2 hoặc 3 khi chia cho 5, \(c^2 \equiv 4 \pmod{5}\)).
Tức là \(a^2 \equiv 0 \pmod{5}\), \(b^2 \equiv 0 \pmod{5}\), \(c^2 \equiv 0 \pmod{5}\). Điều này có nghĩa là a, b, c đều thuộc nhóm R0.
Số cách chọn là: \(C_{n(R0)}^3 = C_5^3 = \frac{5!}{3!2!} = \frac{5 \times 4}{2 \times 1} = 10\) cách.
Tức là \(a^2 \equiv 0 \pmod{5}\), \(b^2 \equiv 4 \pmod{5}\), \(c^2 \equiv 4 \pmod{5}\).
Điều này có nghĩa là a thuộc nhóm R0, và b, c thuộc nhóm R2 hoặc R3.
Số phần tử thuộc nhóm R2 hoặc R3 là \(n(R2) + n(R3) = 5 + 5 = 10\).
Số cách chọn là: \(C_{n(R0)}^1 \times C_{n(R2) + n(R3)}^2 = C_5^1 \times C_{10}^2 = 5 \times \frac{10!}{2!8!} = 5 \times \frac{10 \times 9}{2 \times 1} = 5 \times 45 = 225\) cách.
Tức là \(a^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(b^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(c^2 \equiv 1 \pmod{5}\).
Các số có \(bình phương\) chia cho 5 dư 1 là các số thuộc nhóm R1 và R4.
Số phần tử thuộc nhóm R1 hoặc R4 là \(n(R1) + n(R4) = 6 + 5 = 11\).
Số cách chọn là: \(C_{n(R1) + n(R4)}^3 = C_{11}^3 = \frac{11!}{3!8!} = \frac{11 \times 10 \times 9}{3 \times 2 \times 1} = 11 \times 5 \times 3 = 165\) cách.
Tức là \(a^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(b^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(c^2 \equiv 4 \pmod{5}\). Lưu ý rằng 1+1+4 = 6, chia 5 dư 1, không thỏa mãn. Trường hợp này bị loại.
Chúng ta cần xem xét tổng số dư của \(a^2, b^2, c^2\). Các số dư của bình phương là {0, 1, 4}.
Các bộ ba số dư (x, y, z) từ {0, 1, 4} sao cho \(x+y+z \equiv 0 \pmod{5}\) là:
Vậy chúng ta cần xem xét trường hợp có số dư (0, 1, 4).
Tức là \(a^2 \equiv 0 \pmod{5}\), \(b^2 \equiv 1 \pmod{5}\), \(c^2 \equiv 4 \pmod{5}\).
Điều này có nghĩa là:
Số cách chọn là: \(C_{n(R0)}^1 \times C_{n(R1)+n(R4)}^1 \times C_{n(R2)+n(R3)}^1\)
Số phần tử có \(bình phương\) dư 1 là \(n(R1) + n(R4) = 6 + 5 = 11\).
Số phần tử có \(bình phương\) dư 4 là \(n(R2) + n(R3) = 5 + 5 = 10\).
Số cách chọn là: \(C_5^1 \times C_{11}^1 \times C_{10}^1 = 5 \times 11 \times 10 = 550\) cách.
Tổng số các kết quả thuận lợi (ký hiệu là \(n(A)\)) là tổng của các trường hợp trên:
\(n(A) = 10 + 225 + 165 + 550 = 950\) cách.
Bước 4: Tính xác suất
Xác suất của biến cố A (3 số chọn ra thỏa mãn \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho 5) được tính bằng công thức:
\(P(A) = \frac{n(A)}{n(\Omega)}\)
\(P(A) = \frac{950}{2600}\)
Ta rút gọn phân số này:
\(P(A) = \frac{95}{260} = \frac{19}{52}\)
Kết luận:
Vậy, xác suất để 3 số chọn ra thỏa mãn \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho 5 là \(\frac{19}{52}\).
Đáp án:
Giải thích các bước giải:
Tập hợp có \(26\) số
Không gian mẫu của phép thử là \(C_26^3 = 2600\)
Ta có một số khi chia \(5\) có thể dư \(0,1,2,3,4\) hoặc viết cách khác là \(-2 , -1 , 0 , 1 , 2\)
Khi đó bình phương của một số chia \(5\) chỉ có thể dư \(0 , 1 , 4\)
Dư \(0\) có \(5\) số
Du \(1\) khi bình phương có \(11\) số \((1 , 6 , 11 , 16 , 21 , 26 , 4 , 9 , 14 , 19 , 24)\)
Dư \(4\) khi bình phương có \(10\) số
Do \(-2 , 2\) bình phương đều dư \(4\)
\(-1 , 1\) bình phương đều dư \(1\)
Mà \(a^2 + b^2 + c^2 \vdots 5\)
\(TH1 : \) Ba số đều chia hết cho \(5\)
Có \(5\) số thỏa mãn là \(5,10,15,20,25\)
Số kết quả thuận lợi cho biến cố là:
\(C_5^3 = 10\)
\(TH2 :\) Ba số chia \(5\) có số dư \(0 , 1 , 2\) vì \(1^2 + 2^2 + 0 = 5 \vdots 5\)
Số kết quả thuận lợi cho biến cố là: \(C_5^1 . C_10^1 . C_11^1 = 550\)
Trường hợp cả \(3\) đềy dư \(1 , 2\) không thỏa mãn , \(2\) só dư \(1 và \)1\( số dư \)4\( hay \)2\( số dư \)4\( và một số dư \)1\( cũng không thỏa mãn
Xác suất của biến cố là: \)P = (550 + 10)/2600 = 14/65 ~~ 21,54%`
Chọn \(3\) số bất kì từ \(26\) số \(to C_{26}^3\)
\(A :\) Chọn \(3\) số để \(a^2 + b^2 + c^2\) chia hết cho \(5\)
Ta có một số bình phương chia cho \(5\) có số dư là \(0 ; 1 ; 4\)
Từ \({1 ; …. ; 26}\) có \(5\) số chia hết cho \(5\)
\(6\) số chia cho \(5\) dư \(1\)
\(5\) số chia cho \(5\) dư \(2\)
\(5\) số chia cho \(5\) dư \(3\)
\(5\) số chia cho \(5\) dư \(4\)
Một số khi bình phương chia hết cho \(5\) thì số đó chia hết cho \(5 to 4\) số
Một số khi bình phương chia cho \(5\) dư \(1\) thì số đó chia cho \(5\) dư \(1\) hoặc dư \(4 to 11\) số
Một số khi bình phương chia cho \(5\) dư \(4\) thì số đó chia cho \(5\) dư \(2\) hoặc dư \(3 to 10\) số
Để \(a^2 + b^2 + c^2 vdots 5\)
TH1 : \(a^2 ; b^2 ; c^2\) đều chia hết cho \(5 to C_{5}^3\) cách
TH2 : \(a^2 ; b^2 ; c^2\) có \(1\) số chia hết cho \(5\) ; \(1\) số chia cho \(5\) dư \(1\) ; \(1\) số chia cho \(5\) dư \(4 to 11 . 10 . 5\) cách
\(to P(A) = (C_{5}^3 + 11.10.5)/(C_{26}^3) = 14/65\)

Trợ Lý Xưởng In Thiên Nam
Add comment