📌 Đề bài:
Một cuộc khảo sát $100$ hộ gia đình tại một khu đô thị về việc sử dụng ba gói dịch vụ truyền hình – internet $A, B, C$ cho kết quả như sau:
- Có $52$ hộ gia đình sử dụng dịch vụ $A$;
- Có $45$ hộ gia đình sử dụng dịch vụ $B$;
- Có $38$ hộ gia đình sử dụng dịch vụ $C$;
- Có $20$ hộ gia đình sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ $A$ và $B$;
- Có $15$ hộ gia đình sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ $B$ và $C$;
- Có $18$ hộ gia đình sử dụng đồng thời cả hai dịch vụ $A$ và $C$;
- Có $8$ hộ gia đình sử dụng đồng thời cả ba dịch vụ $A, B, C$.
a) Hỏi có bao nhiêu hộ gia đình không sử dụng bất kỳ dịch vụ nào trong ba dịch vụ trên?
b) Có bao nhiêu hộ gia đình chỉ sử dụng đúng hai trong ba dịch vụ trên?
📚 Phương pháp giải & Lý thuyết trọng tâm
Để giải quyết các bài toán ứng dụng thực tế về số phần tử của tập hợp, ta áp dụng nguyên lý bao hàm – loại trừ (Inclusion-Exclusion Principle) hoặc biểu diễn các tập hợp dưới dạng biểu đồ Ven:
- Ký hiệu: Gọi $E$ là tập hợp tất cả các đối tượng khảo sát ($|E| = n$). Gọi $A, B, C$ lần lượt là tập hợp các đối tượng thỏa mãn tiêu chí tương ứng.
- Công thức số phần tử của hợp ba tập hợp hữu hạn:
$$|A o B o C| = |A| + |B| + |C| – |A o B| – |B o C| – |C o A| + |A o B o C|$$
(với ký hiệu $ o$ tương ứng phép giao $ o$ hoặc hợp $ o$: $|A o B o C| = |A o B o C|$).
Chính xác theo công thức:
$$|A o B o C| = |A| + |B| + |C| – |A o B| – |B o C| – |C o A| + |A o B o C|$$ - Số phần tử không thuộc tập hợp nào:
$$N_{ ext{không}} = |E| – |A o B o C|$$ - Số phần tử chỉ thuộc đúng hai tập hợp:
Tổng số phần tử giao từng đôi một trừ đi $3$ lần phần tử thuộc cả ba tập hợp:
$$N_{ ext{đúng 2}} = (|A o B| – |A o B o C|) + (|B o C| – |A o B o C|) + (|C o A| – |A o B o C|)$$
$$N_{ ext{đúng 2}} = |A o B| + |B o C| + |C o A| – 3|A o B o C|$$
Dạng toán này có nét tương đồng với bài toán khảo sát sở thích học sinh bằng biểu đồ Ven trong chương trình Đại số 10.
💡 LỜI GIẢI CHI TIẾT & CÁCH GIẢI TỪNG BƯỚC (Nhấn để mở)
Bước 1: Mô hình hóa bài toán bằng ngôn ngữ tập hợp
Gọi $E$ là tập hợp tất cả các hộ gia đình được khảo sát $ o |E| = 100$.
Gọi $A, B, C$ lần lượt là tập hợp các hộ gia đình sử dụng dịch vụ $A$, dịch vụ $B$, và dịch vụ $C$. Theo giả thiết đề bài, ta có:
- $|A| = 52$, $|B| = 45$, $|C| = 38$
- $|A o B| = 20$, $|B o C| = 15$, $|A o C| = 18$
- $|A o B o C| = 8$
Bước 2: Tính số hộ gia đình sử dụng ít nhất một dịch vụ
Tập hợp các hộ gia đình có sử dụng ít nhất một trong ba dịch vụ là $A o B o C$. Áp dụng công thức nguyên lý bao hàm – loại trừ:
$$|A o B o C| = |A| + |B| + |C| – (|A o B| + |B o C| + |C o A|) + |A o B o C|$$
Thay số vào biểu thức:
$$|A o B o C| = 52 + 45 + 38 – (20 + 15 + 18) + 8 = 135 – 53 + 8 = 90$$
Như vậy, có $90$ hộ gia đình sử dụng ít nhất một dịch vụ viễn thông.
Bước 3: Giải quyết câu a) Tính số hộ không dùng dịch vụ nào
Số hộ gia đình không sử dụng bất kỳ dịch vụ nào trong ba dịch vụ $A, B, C$ là:
$$N_{ ext{không}} = |E| – |A o B o C| = 100 – 90 = 10 ext{ (hộ)}$$
Bước 4: Giải quyết câu b) Tính số hộ chỉ sử dụng đúng hai dịch vụ
Ta phân tích các miền giao nhau trên sơ đồ Ven:
- Số hộ chỉ dùng đúng hai dịch vụ $A$ và $B$ (không dùng $C$) là: $|A o B| – |A o B o C| = 20 – 8 = 12$ hộ.
- Số hộ chỉ dùng đúng hai dịch vụ $B$ và $C$ (không dùng $A$) là: $|B o C| – |A o B o C| = 15 – 8 = 7$ hộ.
- Số hộ chỉ dùng đúng hai dịch vụ $A$ và $C$ (không dùng $B$) là: $|A o C| – |A o B o C| = 18 – 8 = 10$ hộ.
Tổng số hộ chỉ sử dụng đúng hai dịch vụ là:
$$N_{ ext{đúng 2}} = 12 + 7 + 10 = 29 ext{ (hộ)}$$hoặc dùng công thức rút gọn:$$N_{ ext{đúng 2}} = (|A o B| + |B o C| + |A o C|) – 3|A o B o C| = 53 – 3 imes 8 = 29 ext{ (hộ)}$$
👉 Kết luận / Đáp án:
a) Có 10 hộ gia đình không sử dụng dịch vụ nào.
b) Có 29 hộ gia đình chỉ sử dụng đúng hai dịch vụ.
Bên cạnh các bài toán thực tế, học sinh cần nắm vững các dạng bài toán tập hợp chứa tham số $m$ để hoàn thành tốt các bài kiểm tra chuyên đề Toán 10.
✍️ 5 Bài tập tương tự tự luyện (Có lời giải chi tiết)
Bài tập 1: Lớp 10B có $40$ học sinh. Trong đó có $22$ em thích chơi Bóng chuyền, $25$ em thích chơi Cầu lông và $8$ em không thích môn nào trong hai môn này. Hỏi có bao nhiêu học sinh thích chơi cả hai môn Bóng chuyền và Cầu lông?
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 1
Áp dụng công thức: $|A o B| = |A| + |B| – |A o B| o |A o B| = |A| + |B| – |A o B|$.
Thay số: $|A o B| = 22 + 25 – 32 = 15$.
Đáp số: $15$ học sinh.
Bài tập 2: Một câu lạc bộ Nghệ thuật có $50$ thành viên, trong đó có $28$ bạn biết chơi Đàn piano, $24$ bạn biết chơi Đàn guitar. Biết rằng có $6$ bạn không biết chơi cả hai loại nhạc cụ trên. Hỏi có bao nhiêu bạn chỉ biết chơi đúng một loại nhạc cụ?
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 2
Số bạn biết chơi cả hai nhạc cụ là: $|P o G| = 28 + 24 – 44 = 8$.
Số bạn chỉ chơi đúng một loại nhạc cụ là: $|P o G| – |P o G| = 44 – 8 = 36$.
Đáp số: $36$ bạn.
Bài tập 3: Khảo sát một nhóm gồm $60$ sinh viên ngoại ngữ: $35$ người nói được tiếng Anh, $27$ người nói được tiếng Pháp, $22$ người nói được tiếng Đức. Có $12$ người nói được cả tiếng Anh và Pháp; $10$ người nói được cả Pháp và Đức; $11$ người nói được cả Anh và Đức; $5$ người nói được cả ba thứ tiếng. Tính số người không nói được thứ tiếng nào trong ba thứ tiếng trên.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 3
$|A o P o D| = (35 + 27 + 22) – (12 + 10 + 11) + 5 = 84 – 33 + 5 = 56$.
Số sinh viên không nói được thứ tiếng nào là: $60 – 56 = 4$.
Đáp số: $4$ sinh viên.
Bài tập 4: Trong kỳ thi học sinh giỏi cấp trường có $100$ học sinh tham gia thi ít nhất một trong ba môn: Toán, Vật lí, Hóa học. Biết có $50$ em thi Toán, $45$ em thi Vật lí, $40$ em thi Hóa học; $20$ em thi cả Toán và Vật lí; $15$ em thi cả Vật lí và Hóa học; $18$ em thi cả Toán và Hóa học. Hỏi có bao nhiêu học sinh thi cả ba môn?
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 4
Theo công thức bao hàm loại trừ:
$100 = 50 + 45 + 40 – (20 + 15 + 18) + |T o L o H|$
$ o 100 = 135 – 53 + |T o L o H| o 100 = 82 + |T o L o H| o |T o L o H| = 18$.
Đáp số: $18$ học sinh thi cả ba môn.
Bài tập 5: Một công ty lữ hành khảo sát $120$ du khách quốc tế: $70$ người thích đi biển, $65$ người thích khám phá vùng núi, $50$ người thích du lịch miệt vườn. Biết $30$ người thích cả biển và núi; $25$ người thích núi và miệt vườn; $20$ người thích biển và miệt vườn; $10$ người thích cả ba loại hình. Tính số du khách chỉ thích đúng một loại hình du lịch.
💡 Xem đáp án & Lời giải Bài tập 5
$|B o N o V| = (70 + 65 + 50) – (30 + 25 + 20) + 10 = 185 – 75 + 10 = 120$.
Số khách thích đúng 2 loại hình: $(30 – 10) + (25 – 10) + (20 – 10) = 20 + 15 + 10 = 45$.
Số khách thích cả 3 loại hình: $10$.
Số khách chỉ thích đúng 1 loại hình: $120 – 45 – 10 = 65$.
Đáp số: $65$ du khách.

Để lại phản hồi