Mục lục bài họcĐang ở d05-b3
← AP Statistics
0/36 bài đã học xong
Chương 5 · Unit 5 — Sampling Distributions · Bài 3/4 của chương · bài 19/36 của AP Statistics

The Central Limit Theorem in Practice

Định lý giới hạn trung tâm trong thực hành
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

What the theorem actually says

The Central Limit Theorem (CLT) is about shape only: whatever the shape of the population, the sampling distribution of $\bar x$ becomes closer to normal as $n$ grows. The centre $\mu_{\bar x}=\mu$ and spread $\sigma_{\bar x}=\sigma/\sqrt n$ are true for every $n$ and do not need the CLT. So a probability question about $\bar x$ has three parts: centre, spread, and a justification for using the normal curve — either "the population is normal" or "$n$ is large enough for the CLT".

How large is large?

There is no single number. If the population is normal, any $n$ works. If it is roughly symmetric with no outliers, $n$ around $15$ is already fine. For strongly skewed populations — incomes, waiting times, insurance claims — the working rule is $n\ge30$. When the problem shows you a skewed dotplot and $n=10$, the correct answer is that the normal approximation should not be used.

A total is a mean in disguise

Questions about a sum convert to questions about the mean: the total of $n$ values exceeds $T$ exactly when $\bar x$ exceeds $T/n$. Example: passenger weights are right-skewed with $\mu=80$ kg, $\sigma=15$ kg. For a lift rated at $4250$ kg carrying $50$ people, the load exceeds the limit when $\bar x\gt85$:

$$z=\frac{85-80}{15/\sqrt{50}}=\frac{5}{2{,}12}\approx2{,}36,\qquad P(z\gt2{,}36)\approx0{,}009$$

The CLT applies because $n=50\ge30$, even though individual weights are skewed.

Giải thích tiếng Việt

Định lý giới hạn trung tâm (CLT) chỉ nói về hình dạng: dù tổng thể có dạng gì, phân bố mẫu của $\bar x$ tiến gần chuẩn khi $n$ tăng. Tâm $\mu_{\bar x}=\mu$ và độ rộng $\sigma/\sqrt n$ đúng với mọi $n$, không cần CLT. Vì thế một câu xác suất về $\bar x$ luôn có ba phần: tâm, độ rộng, và lý do được dùng đường cong chuẩn — hoặc "tổng thể chuẩn", hoặc "$n$ đủ lớn theo CLT". Thiếu phần lý do là mất một điểm dù tính đúng.

Lớn là bao nhiêu? Không có một con số. Tổng thể chuẩn: $n$ nào cũng được. Tổng thể gần đối xứng, không ngoại lai: $n$ cỡ $15$ đã ổn. Tổng thể lệch mạnh (thu nhập, thời gian chờ): quy ước $n\ge30$. Đề đưa dotplot lệch với $n=10$ là để bạn trả lời "không nên dùng xấp xỉ chuẩn".

Tổng là trung bình trá hình: tổng của $n$ giá trị vượt $T$ đúng khi $\bar x$ vượt $T/n$. Ví dụ thang máy $4250$ kg chở $50$ người, cân nặng lệch phải với $\mu=80$, $\sigma=15$: quá tải khi $\bar x\gt85$, $z=\dfrac{5}{15/\sqrt{50}}\approx2{,}36$, xác suất $\approx0{,}009$. Dùng được đường cong chuẩn vì $n=50\ge30$ dù từng cân nặng không chuẩn.

Ví dụ — xác suất cho tổng, có kiểm điều kiện

Thời gian phục vụ một khách ở quầy có phân bố lệch phải mạnh, $\mu=4$ phút, $\sigma=3$ phút. (a) Có tính được xác suất một khách được phục vụ trong hơn $6$ phút bằng bảng chuẩn không? (b) Xác suất tổng thời gian phục vụ $45$ khách vượt $200$ phút?

Giải.

(a) Không. Câu hỏi về một khách, tức về phân bố tổng thể, mà tổng thể lệch phải mạnh. CLT không biến phân bố tổng thể thành chuẩn; nó chỉ nói về $\bar x$.

(b) Đổi về trung bình: tổng vượt $200$ khi $\bar x\gt\dfrac{200}{45}\approx4{,}444$.

Điều kiện: $n=45\ge30$ nên theo CLT, $\bar x$ xấp xỉ chuẩn dù tổng thể lệch; tâm $4$, sai số chuẩn $\dfrac{3}{\sqrt{45}}\approx0{,}447$.

$$z=\frac{4{,}444-4}{0{,}447}\approx0{,}99,\qquad P(z\gt0{,}99)\approx0{,}161$$

Kết luận: khoảng $16\%$ khả năng $45$ khách chiếm hơn $200$ phút. Chỗ mất điểm: dùng $\sigma=3$ thay vì $0{,}447$, hoặc tính (b) mà không nêu vì sao được dùng chuẩn.

Bẫy hay mất điểm — CLT nói về $\bar x$, không nói về từng cá thể: câu hỏi "một khách" với tổng thể lệch thì không có xác suất chuẩn nào để tính. "$n\ge30$" là quy ước cho tổng thể lệch mạnh, không phải luật; tổng thể chuẩn thì $n=5$ vẫn dùng được. Và sai số chuẩn giảm theo $\sqrt n$ nhưng độ lệch chuẩn của tổng thể không đổi — tăng $n$ không làm dữ liệu bớt phân tán.
Phải nhớ — CLT chỉ lo hình dạng; tâm và độ rộng đúng với mọi $n$. Lệch mạnh cần $n\ge30$, gần đối xứng cần ít hơn, chuẩn thì không cần. Câu về tổng đổi thành câu về $\bar x$. Luôn viết lý do được dùng đường cong chuẩn.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 5 — Sampling Distributions gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →