πŸ“š Tugas Week 10
Essential of Probability

πŸ“Š Statistik

Logo


1 Pendahuluan

Probabilitas adalah ilmu yang mempelajari cara mengukur kemungkinan terjadinya suatu peristiwa. Materi ini akan membahas konsep-konsep dasar probabilitas secara lengkap, dimulai dari pengertian ruang sampel dan kejadian, berbagai jenis hubungan antar kejadian seperti saling lepas dan independen, serta aturan-aturan operasi probabilitas. Pembahasan mencakup probabilitas bersyarat yang digunakan ketika kita ingin mengetahui peluang suatu kejadian dengan syarat kejadian lain telah terjadi, dan teorema Bayes yang membantu kita memperbarui perhitungan peluang ketika ada informasi tambahan. Materi juga akan membahas distribusi binomial untuk analisis percobaan berulang, serta perbandingan antara pendekatan teoritis dan empiris. Pemahaman probabilitas sangat penting untuk statistika lanjutan, analisis data, penelitian ilmiah, dan pengambilan keputusan dalam kondisi tidak pasti di berbagai bidang seperti bisnis, teknologi, dan ilmu pengetahuan.

1.1 Jenis-Jenis Probabilitas

Kita dapat mengelompokkan probabilitas ke dalam beberapa tipe berdasarkan metode pengukurannya. Berikut tiga kategori utamanya:

  1. Probabilitas Klasik: Menghitung peluang berdasarkan asumsi semua kemungkinan punya kesempatan sama. Contoh: peluang muncul gambar atau angka pada koin adalah 50%-50%.

  2. Probabilitas Empiris: Menghitung peluang berdasarkan data nyata di masa lalu. Contoh: jika dari 100 hari ternyata 20 hari hujan, maka peluang hujan adalah 20%.

  3. Probabilitas Subjektif: Menghitung peluang berdasarkan perkiraan pribadi atau insting. Contoh: seorang trader memperkirakan 70% kemungkinan harga saham akan naik besok.

1.2 Tujuan Mempelajari Probabilitas

Memahami probabilitas memiliki beberapa tujuan penting:

  1. Untuk Prediksi dan Peramalan
    • Memprediksi kejadian masa depan berdasarkan pola data historis
    • Contoh: Memperkirakan peluang keberhasilan produk baru di pasar
  2. Sebagai Dasar Analisis Statistik
    • Memberikan fondasi untuk statistika inferensial
    • Mendukung pengujian hipotesis, analisis regresi, dan pembuatan interval kepercayaan
  3. Untuk Pengambilan Keputusan
    • Membantu pengambilan keputusan dalam kondisi ketidakpastian
    • Memberikan kerangka sistematis untuk mengevaluasi berbagai alternatif
  4. Untuk Aplikasi Teknik Lanjutan
    • Membangun dasar untuk machine learning, artificial intelligence, dan analisis time series
    • Mendukung pengembangan model prediktif yang canggih


1.3 Konsep Dasar Probabilitas

Probabilitas adalah ilmu matematika yang mempelajari cara mengukur kemungkinan terjadinya suatu peristiwa. Berbeda dengan statistik deskriptif yang melihat data masa lalu, probabilitas berfokus pada prediksi kejadian masa depan. Konsep dasar probabilitas menghitung rasio antara kejadian yang diinginkan dengan seluruh kemungkinan yang ada. Pemahaman probabilitas sangat penting untuk pengambilan keputusan dalam kondisi tidak pasti, statistika lanjutan, dan aplikasi di bidang data science, riset, dan bisnis.

Probabilitas adalah cabang matematika yang mengukur kemungkinan terjadinya suatu peristiwa, menjadi fondasi penting dalam pengambilan keputusan di tengah ketidakpastian, analisis data, serta aplikasi di berbagai bidang seperti ilmu pengetahuan, bisnis, dan teknologi.

Secara historis, teori probabilitas bermula dari masalah perjudian di Italia abad ke-16, dikembangkan oleh Girolamo Cardano melalui bukunya β€œLiber de Ludo Aleae”. Secara etimologis, kata β€œprobabilitas” berasal dari bahasa Inggris β€œprobability” yang berarti kemungkinan atau peluang.

Dalam konteks statistik, probabilitas memberikan dasar teoritis untuk inferensi statistik dan pengambilan keputusan dalam kondisi tidak pasti. Tanpa pemahaman probabilitas, mustahil memahami metode statistik inferensial dalam penelitian ilmiah.

1.4 Karakteristik Nilai Probabilitas:

  • Nilai probabilitas berada pada rentang 0 hingga 1
  • \(P(E) = 0\): kejadian pasti TIDAK terjadi
  • \(P(E) = 1\): kejadian pasti terjadi
  • \(0 < P(E) < 1\): kejadian mungkin terjadi dengan tingkat keyakinan tertentu

1.5 Bentuk Umum Nilai Probabilitas

Bentuk umum dari nilai probabilitas adalah: \[P(E) = \frac{X}{N}\]

Keterangan:

  • \(P\) = Probabilitas
  • \(E\) = Kejadian yang diinginkan
  • \(X\) = Banyaknya cara kejadian akan terjadi
  • \(N\) = Total kejadian yang mungkin terjadi

1.6 Sifat-sifat Probabilitas Dasar:

  1. \(0 \leq P(A) \leq 1\) untuk setiap kejadian \(A\)
    • Artinya: peluang selalu antara 0% sampai 100%
  2. \(P(S) = 1\)
    • Artinya: peluang salah satu dari semua kemungkinan terjadi adalah 100%
  3. \(P(\emptyset) = 0\)
    • Artinya: peluang kejadian yang tidak mungkin terjadi adalah 0%
  4. Jika \(A_1, A_2, ..., A_n\) saling lepas, maka \(P(A_1 \cup A_2 \cup ... \cup A_n) = P(A_1) + P(A_2) + ... + P(A_n)\)
    • Artinya: untuk kejadian yang tidak bisa terjadi bersamaan, peluang gabungannya adalah jumlah masing-masing peluang

2 Contoh Basic Probabilitas

2.1 Percobaan Acak (Random Experiment)

Percobaan acak didefinisikan sebagai suatu proses yang menghasilkan outcome yang tidak dapat dipastikan sebelumnya, namun semua outcome yang mungkin dapat dideskripsikan dengan jelas.

2.1.1 Ciri-ciri percobaan acak:

  • Semua outcome yang mungkin dapat didaftar secara lengkap
  • Outcome mana yang akan terjadi tidak dapat diprediksi dengan pasti sebelum percobaan dilakukan
  • Percobaan dapat diulang dalam kondisi yang sama

2.1.2 Contoh percobaan acak:

  • Melempar dadu enam sisi
  • Mengocok dan mengambil kartu dari setumpuk kartu
  • Memilih bola dari keranjang tanpa melihat
  • Mengamati hasil pengukuran dengan adanya error acak

Dalam setiap contoh tersebut, kita mengetahui semua kemungkinan hasil yang bisa terjadi, namun tidak dapat memastikan hasil mana yang akan muncul dalam satu percobaan tertentu.


2.1.3 Contoh Probabilitas dalam Lemparan Koin

  1. Satu Kali Lemparan Koin

Langkah 1: Identifikasi Ruang Sampel (semua kemungkinan hasil) \[S = \{H, T\}\]

  • \(S\) = Sample Space
  • \(H\) = Head (gambar), \(T\) = Tail (angka)
  • \(n(S)\) = 2 (total kemungkinan)

Langkah 2: Tentukan Kejadian yang diinginkan \[E = \{H\}\]

  • \(E\) = Event (head muncul)
  • \(n(E)\) = 1 (satu outcome yang diinginkan)

Langkah 3: Hitung Probabilitas

\[P(H) = \frac{n(E)}{n(S)} = \frac{1}{2} = 0,5\]

  • \(P(H)\) = Peluang head
  • Rumus: \(\frac{\text{kejadian diinginkan}}{\text{total kemungkinan}}\)

Hasil: Probabilitas muncul head = \(0,5\) atau \(50\%\)


  1. Dua Kali Lemparan Koin - HEAD di Kedua Lemparan

Langkah 1: Identifikasi Ruang Sampel (semua kemungkinan hasil) \[S = \{(H,H), (H,T), (T,H), (T,T)\}\]

  • \(S\) = Sample Space
  • \((H,H)\) = Head di lemparan 1 dan Head di lemparan 2
  • \((H,T)\) = Head di lemparan 1 dan Tail di lemparan 2
  • \((T,H)\) = Tail di lemparan 1 dan Head di lemparan 2
  • \((T,T)\) = Tail di lemparan 1 dan Tail di lemparan 2
  • \(n(S)\) = 4 (total kemungkinan)

Langkah 2: Tentukan Kejadian yang diinginkan \[E = \{(H,H)\}\]

  • \(E\) = Event (head muncul di kedua lemparan)
  • \(n(E)\) = 1 (satu outcome yang diinginkan)

Langkah 3: Hitung Probabilitas \[P(H,H) = \frac{n(E)}{n(S)} = \frac{1}{4} = 0,25\]

  • \(P(H,H)\) = Peluang head muncul di kedua lemparan
  • Rumus: \(\frac{\text{kejadian diinginkan}}{\text{total kemungkinan}}\)

Hasil: Probabilitas muncul head di kedua lemparan = \(0,25\) atau \(25\%\)


2.2 Ruang Sampel (Sample Space)

Ruang sampel merupakan himpunan semua outcome yang mungkin dari suatu percobaan acak. Ruang sampel biasanya dinotasikan dengan huruf \(S\) atau \(\Omega\).


2.2.1 Contoh Ruang Sampel

  1. Peluang Minimal Satu Tail

Pertanyaan:
Jika sebuah koin dilempar dua kali, berapa peluang munculnya minimal satu tail (setidaknya satu sisi angka)?

Langkah 1: Identifikasi Semua Kemungkinan (Ruang Sampel)
\[S = \{HH, HT, TH, TT\}\]
Masing-masing hasil memiliki peluang yang sama = \(\frac{1}{4}\)

Langkah 2: Identifikasi Kejadian yang Diinginkan
\[A = \{HT, TH, TT\}\]
(hasil yang mengandung minimal satu tail)

Langkah 3: Hitung Probabilitas
Dijumlahkan karena kejadian \(HT\), \(TH\), dan \(TT\) saling terpisah (tidak bisa terjadi bersamaan).
\[P(A) = P(HT) + P(TH) + P(TT) = \frac{1}{4} + \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = \frac{3}{4} = 0,75\]

Hasil:
Peluang muncul minimal satu tail = \(75\%\)


  1. Peluang Tepat Satu Head

Pertanyaan:
Jika sebuah koin dilempar dua kali, berapa peluang munculnya tepat satu head (satu gambar saja)?

Langkah 1: Identifikasi Semua Kemungkinan
\[S = \{HH, HT, TH, TT\}\]
Masing-masing = \(\frac{1}{4}\)

Langkah 2: Identifikasi Kejadian yang Diinginkan
\[B = \{HT, TH\}\]
(hasil dengan tepat satu head)

Langkah 3: Hitung Probabilitas
Dijumlahkan karena \(HT\) dan \(TH\) adalah kejadian terpisah.
\[P(B) = P(HT) + P(TH) = \frac{1}{4} + \frac{1}{4} = \frac{1}{2} = 0,5\]

Hasil:
Peluang muncul tepat satu head = \(50\%\)


  1. Peluang Tidak Ada Head

Pertanyaan:
Jika sebuah koin dilempar dua kali, berapa peluang tidak muncul head sama sekali?

Langkah 1: Identifikasi Semua Kemungkinan
\[S = \{HH, HT, TH, TT\}\]
Masing-masing = \(\frac{1}{4}\)

Langkah 2: Identifikasi Kejadian yang Diinginkan
\[C = \{TT\}\]
(hanya hasil \(TT\) yang tidak mengandung head)

Langkah 3: Hitung Probabilitas
Tidak perlu dijumlah karena hanya ada satu hasil yang memenuhi.
\[P(C) = P(TT) = \frac{1}{4} = 0,25\]

Hasil:
Peluang tidak ada head = \(25\%\)


Ruang sampel dapat diklasifikasikan menjadi:

  • Diskrit: outcome yang terhitung (seperti hasil lemparan dadu)
  • Kontinu: outcome yang tak-terhitung (seperti pengukuran tinggi badan)

2.2.2 Kejadian / Events

Kejadian merupakan himpunan bagian dari ruang sampel, yaitu kumpulan beberapa outcome dari percobaan acak. Kejadian biasanya dinotasikan dengan huruf kapital seperti \(A\), \(B\), \(C\).

2.2.3 Jenis-jenis kejadian:

1. Kejadian Sederhana: kejadian yang hanya terdiri dari satu outcome \[A = \{3\}\] (mata dadu muncul angka 3)

2. Kejadian Majemuk: kejadian yang terdiri dari beberapa outcome \[B = \{2, 4, 6\}\] (mata dadu genap) \[C = \{1, 3, 5\}\] (mata dadu ganjil)

3. Kejadian Mustahil: kejadian yang tidak mengandung outcome apapun \[D = \{\emptyset\}\]

4. Kejadian Pasti: kejadian yang mengandung semua outcome dalam ruang sampel \[E = S\]

2.2.4 Probabilitas Komplemen

Konsep Komplemen:
Komplemen dari suatu kejadian adalah kejadian TIDAK TERJADINYA kejadian tersebut. Jika A adalah suatu kejadian, maka komplemennya ditulis \(A^c\) atau \(A'\).

Rumus Probabilitas Komplemen: \[P(A^c) = 1 - P(A)\]

Penjelasan Simbol: - \(P(A)\) = probabilitas kejadian \(A\) terjadi - \(P(A^c)\) = probabilitas kejadian \(A\) TIDAK terjadi - \(1\) = total probabilitas (100%)


Contoh Perhitungan:

Situasi: Peluang hujan besok adalah 0.3

  • Kejadian A: Hujan besok β†’ \(P(A) = 0.3\)
  • Kejadian Komplemen \(A^c\): Tidak hujan besok

Probabilitas Tidak Hujan: \[P(A^c) = 1 - P(A) = 1 - 0.3 = 0.7\]

Cara Berpikir:
Jika peluang hujan adalah 30%, maka peluang tidak hujan pasti 70%, karena total harus 100%.


Manfaat Konsep Komplemen:

Konsep ini sangat berguna ketika lebih mudah menghitung peluang suatu kejadian TIDAK terjadi daripada menghitung peluang kejadian tersebut terjadi.

Contoh: Dalam pengambilan 5 kartu dari deck 52 kartu, berapa probabilitas mendapatkan setidaknya satu As?

  • Pendekatan komplemen: \[P(\text{setidaknya satu As}) = 1 - P(\text{tidak ada As})\] \[P(\text{tidak ada As}) = \frac{C(48,5)}{C(52,5)}\] \[P(\text{setidaknya satu As}) = 1 - \frac{C(48,5)}{C(52,5)}\]

3 Probabilitas Teoritis vs Empiris

3.1 Probabilitas Teoritis

Probabilitas teoritis adalah perhitungan peluang yang didasarkan pada penalaran matematis dan asumsi model ideal, tanpa perlu melakukan eksperimen sungguhan.

3.1.1 Ciri-ciri Probabilitas Teoritis:

  • Berdasarkan model ideal: Mengasumsikan kondisi perfect (misal: koin benar-benar seimbang, dadu sempurna)
  • Nilai tetap: Untuk model yang sama, hasil perhitungannya selalu sama
  • Tanpa eksperimen: Tidak membutuhkan percobaan nyata
  • Contoh: \(P(head) = 0.5\) untuk koin yang fair (seimbang)

3.1.2 Contoh Perhitungan Teoritis:

Contoh 1: Pelemparan Dadu
Berapa peluang mendapatkan angka lebih besar dari 4?

  • Analisis: Dadu memiliki 6 sisi (1,2,3,4,5,6)
  • Angka > 4: Hanya 5 dan 6 β†’ 2 kemungkinan
  • Total kemungkinan: 6
  • Perhitungan: \[P(angka > 4) = \frac{2}{6} = \frac{1}{3} \approx 0.333\]

Penjelasan: Dari 6 kemungkinan hasil, hanya 2 yang kita inginkan (5 dan 6), jadi peluangnya 2/6 = 1/3.


Contoh 2: Pengambilan Kartu
Berapa peluang mendapatkan kartu As dari setumpuk 52 kartu?

  • Analisis: Satu deck memiliki 4 kartu As (As Sekop, As Hati, As Keriting, As Wajik)
  • Jumlah As: 4 kartu
  • Total kartu: 52 kartu
  • Perhitungan: \[P(As) = \frac{4}{52} = \frac{1}{13} \approx 0.0769\]

Penjelasan: Dari 52 kartu, ada 4 kartu As, jadi peluangnya 4/52 = 1/13.


Kesimpulan: Probabilitas teoritis menghitung β€œseharusnya” berapa peluang suatu kejangan berdasarkan logika matematis, bukan berdasarkan percobaan nyata.

3.2 Probabilitas Empiris

Probabilitas empiris adalah perhitungan peluang yang didasarkan pada data nyata dari pengamatan atau eksperimen, bukan hanya teori.

3.2.0.1 Ciri-ciri Probabilitas Empiris:

  • Berdasarkan data nyata: Dihitung dari hasil pengamatan aktual
  • Nilai dapat berubah: Semakin banyak data yang dikumpulkan, nilai probabilitasnya bisa berubah
  • Memerlukan eksperimen: Harus melakukan pengamatan atau percobaan sungguhan
  • Contoh: Frekuensi relatif head dalam 1000 lemparan koin nyata

3.2.0.2 Contoh Perhitungan Empiris:

Contoh 1: Pelemparan Koin 1000 Kali
Kita melempar koin sebanyak 1000 kali dan mencatat hasilnya:

  • Head muncul: 480 kali
  • Total lemparan: 1000 kali
  • Perhitungan: \[P_{empiris}(head) = \frac{480}{1000} = 0.48\]

Penjelasan: Dari 1000 lemparan nyata, head muncul 480 kali, jadi peluang empiris head adalah 480/1000 = 0.48 atau 48%.


Contoh 2: Survey Opini
Kita melakukan survey terhadap 500 responden:

  • Setuju: 350 orang
  • Total responden: 500 orang
  • Perhitungan: \[P_{empiris}(setuju) = \frac{350}{500} = 0.70\]

Penjelasan: Dari 500 orang yang disurvey, 350 orang setuju, jadi peluang empiris seseorang setuju adalah 350/500 = 0.70 atau 70%.


Perbedaan dengan Probabilitas Teoritis:

  • Teoritis: Koin fair seharusnya \(P(head) = 0.5\) (berdasarkan teori)
  • Empiris: Koin nyata mungkin \(P(head) = 0.48\) (berdasarkan percobaan)

Kesimpulan: Probabilitas empiris menjawab β€œberapa peluang berdasarkan data nyata yang sudah terjadi”, bukan β€œseharusnya” berapa peluangnya.



4 Independent Events, Dependent Events, dan Probabilitas bersyarat

Dalam dunia nyata, seringkali kita perlu menganalisis bagaimana suatu kejadian dapat mempengaruhi kejadian lainnya. Materi ini akan membahas dua jenis hubungan kejadian, yaitu kejadian independen (saling bebas) dan kejadian dependen (saling bergantung), serta probabilitas bersyarat yang menjadi alat untuk menganalisis peluang suatu kejadian ketika informasi tentang kejadian lain sudah diketahui. Pemahaman tentang ketiga konsep ini sangat penting untuk pengambilan keputusan yang lebih akurat dalam kondisi ketidakpastian.



4.1 Independent Events (Kejadian Independen)

Kejadian independen adalah kejadian-kejadian dimana terjadinya satu kejadian tidak mempengaruhi peluang terjadinya kejadian lainnya.

Definisi Matematis: Dua kejadian \(A\) dan \(B\) independen jika dan hanya jika: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B)\]

Definisi Alternatif: \(A\) dan \(B\) independen jika dan hanya jika: \[P(A|B) = P(A)\] atau \[P(B|A) = P(B)\]

Contoh Kejadian Independen: - Melempar dadu dan melempar koin secara bersamaan - Mengambil kartu dengan pengembalian (with replacement) - Hasil quality control dari produk yang berbeda dari production line yang sama

Rumus Probabilitas untuk Kejadian Independen: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B)\] \[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A) \times P(B)\]


4.1.1 Contoh Perhitungan Kejadian Independen:

Situasi: Melempar dadu dan koin secara bersamaan

Penjelasan:
Hasil dari dadu tidak mempengaruhi hasil koin, dan sebaliknya. Walaupun seseorang memperoleh angka 6 dari dadu, hal itu tidak mengubah peluang munculnya head pada koin. Peluang head tetap 0.5.

Pertanyaan:
Jika seseorang mengocok dadu enam sisi dan melempar koin, berapa peluang muncul angka 5 pada dadu dan head pada koin?

Langkah 1: Hitung probabilitas masing-masing kejadian

Peluang angka 5 dari dadu: - Hasil yang diinginkan: 1 (angka 5) - Total kemungkinan: 6 - \(P(5) = \frac{1}{6}\)

Peluang head dari koin: - Hasil yang diinginkan: 1 (head) - Total kemungkinan: 2 - \(P(head) = \frac{1}{2}\)

Langkah 2: Gunakan rumus kejadian independen \[P(5 \cap head) = P(5) \times P(head) = \frac{1}{6} \times \frac{1}{2} = \frac{1}{12} \approx 0.0833\]

Hasil:
Peluang muncul angka 5 pada dadu dan head pada koin = \(\frac{1}{12}\) atau 8.33%


4.2 Dependent Events (Kejadian Saling Bergantung)

Kejadian dependen adalah kejadian-kejadian dimana terjadinya satu kejadian mempengaruhi peluang terjadinya kejadian lainnya.

Definisi Matematis: Dua kejadian \(A\) dan \(B\) dependen jika dan hanya jika: \[P(A \cap B) \neq P(A) \times P(B)\]

Contoh Kejadian Dependen: - Mengambil kartu tanpa pengembalian (without replacement) - Memilih siswa dari kelas yang sama untuk posisi ketua dan wakil - Hasil pemeriksaan medical yang berurutan

Rumus Probabilitas untuk Kejadian Dependen: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B|A)\] \[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A) \times P(B|A)\]


4.2.1 Contoh Perhitungan Kejadian Dependent:

Situasi: Mengambil kelereng dari kotak tanpa pengembalian

Setup: Kotak berisi 10 kelereng: - 7 kelereng hijau - 3 kelereng biru

Probabilitas awal: - \(P(hijau) = \frac{7}{10} = 0.7\) - \(P(biru) = \frac{3}{10} = 0.3\)


Contoh 1: Hijau kemudian Biru

Pertanyaan:
Jika dua kelereng diambil secara acak tanpa pengembalian, berapa peluang memperoleh kelereng hijau terlebih dahulu, kemudian kelereng biru?

Langkah 1: Hitung probabilitas pengambilan pertama - \(P(hijau_1) = \frac{7}{10}\)

Langkah 2: Hitung probabilitas pengambilan kedua SETELAH hijau diambil - Kelereng tersisa: 9 total - Kelereng biru tetap: 3 - \(P(biru_2|hijau_1) = \frac{3}{9} = \frac{1}{3}\)

Langkah 3: Gunakan rumus kejadian dependen \[P(hijau_1 \cap biru_2) = P(hijau_1) \times P(biru_2|hijau_1) = \frac{7}{10} \times \frac{3}{9} = \frac{7}{30} \approx 0.233\]

Hasil:
Peluang hijau kemudian biru = \(\frac{7}{30}\) atau 23.3%


Contoh 2: Dua Hijau Berturut-turut

Pertanyaan:
Berapa peluang mengambil dua kelereng hijau secara berurutan tanpa pengembalian?

Langkah 1: Hitung probabilitas pengambilan pertama - \(P(hijau_1) = \frac{7}{10}\)

Langkah 2: Hitung probabilitas pengambilan kedua SETELAH hijau pertama diambil - Kelereng hijau tersisa: 6 - Total kelereng tersisa: 9 - \(P(hijau_2|hijau_1) = \frac{6}{9}\)

Langkah 3: Gunakan rumus kejadian dependen \[P(hijau_1 \cap hijau_2) = P(hijau_1) \times P(hijau_2|hijau_1) = \frac{7}{10} \times \frac{6}{9} = \frac{7}{15} \approx 0.4667\]

Hasil:
Peluang dua hijau berturut-turut = \(\frac{7}{15}\) atau 46.67%


Perbedaan Kunci antara Independen dan Dependen:
- Independen: \(P(B|A) = P(B)\) (probabilitas B tidak terpengaruh oleh A) - Dependen: \(P(B|A) \neq P(B)\) (probabilitas B berubah setelah A terjadi)

4.3 Probabilitas Bersyarat

Probabilitas bersyarat mengukur peluang suatu kejadian terjadi dengan syarat bahwa kejadian lain sudah terjadi terlebih dahulu.

Rumus Probabilitas Bersyarat: \[P(A|B) = \frac{P(A \cap B)}{P(B)} \quad \text{dengan } P(B) > 0\]

Penjelasan Simbol: - \(P(A|B)\) = probabilitas \(A\) terjadi diberikan bahwa \(B\) sudah terjadi - \(P(A \cap B)\) = probabilitas kedua kejadian terjadi bersamaan - \(P(B)\) = probabilitas kejadian \(B\)


4.3.1 Contoh Penerapan Probabilitas Bersyarat

  1. Contoh Data Siswa Ekstrakurikuler

Dalam sebuah kelas terdapat 50 siswa: - 30 siswa mengikuti olahraga (\(O\)) - 25 siswa mengikuti seni (\(S\)) - 15 siswa mengikuti keduanya (\(O \cap S\))

Pertanyaan 1:
Jika dipilih siswa yang mengikuti olahraga, berapa probabilitas dia juga mengikuti seni?

Penyelesaian: \[P(S|O) = \frac{P(S \cap O)}{P(O)} = \frac{15/50}{30/50} = \frac{15}{30} = 0.5\]

Pertanyaan 2:
Jika dipilih siswa yang mengikuti seni, berapa probabilitas dia juga mengikuti olahraga?

Penyelesaian: \[P(O|S) = \frac{P(O \cap S)}{P(S)} = \frac{15/50}{25/50} = \frac{15}{25} = 0.6\]


  1. Contoh Kartu Remi

Dari setumpuk kartu remi (52 kartu), satu kartu diambil secara acak.

Pertanyaan 1:
Jika kartu yang terambil adalah kartu merah, berapa probabilitas kartu tersebut Heart?

Penyelesaian: \[P(H|M) = \frac{P(H \cap M)}{P(M)} = \frac{13/52}{26/52} = \frac{13}{26} = 0.5\]

Pertanyaan 2:
Jika kartu yang terambil adalah King, berapa probabilitas kartu tersebut Heart?

Penyelesaian: \[P(H|K) = \frac{P(H \cap K)}{P(K)} = \frac{1/52}{4/52} = \frac{1}{4} = 0.25\]



5 Operasi pada Kejadian

5.1 Union of Events (A βˆͺ B) - Gabungan Kejadian

Dalam analisis probabilitas, kita seringkali menghadapi situasi dimana kita perlu mengetahui peluang terjadinya salah satu dari dua kejadian atau bahkan kedua kejadian secara bersamaan. Konsep Union of Events (gabungan kejadian) dan Intersection of Events (irisan kejadian) memberikan cara untuk menyelesaikan permasalahan tersebut. Union digunakan ketika kita ingin mengetahui peluang kejadian A atau B terjadi, sedangkan intersection digunakan untuk menghitung peluang kejadian A dan B terjadi secara bersamaan. Pemahaman tentang kedua operasi ini sangat penting dalam pengambilan keputusan yang melibatkan beberapa kejadian dan hubungan ketergantungan antar kejadian.

Union atau gabungan kejadian \(A \cup B\) adalah kejadian yang terjadi jika \(A\) terjadi, atau \(B\) terjadi, atau keduanya terjadi.

Gambarannya:
Bayangkan dua lingkaran yang saling tumpang tindih. Union adalah semua area yang ditutupi oleh kedua lingkaran.


5.1.1 Konsep Dasar Union of Events

1. Sample Space (Ruang Sampel)
Sample space adalah seluruh kumpulan hasil yang mungkin terjadi dalam suatu percobaan statistik.

Contoh:
- Satu dadu: \(S = \{1, 2, 3, 4, 5, 6\}\) β†’ 6 kemungkinan - Dua dadu: \(S = \{(1,1), (1,2), ..., (6,6)\}\) β†’ 36 kemungkinan

2. Simple Probability (Peluang Sederhana)
Peluang = jumlah hasil yang diinginkan Γ· jumlah total hasil dalam sample space

Contoh:
- Peluang dua angka 4: \(\frac{1}{36}\) (hanya (4,4)) - Peluang dua angka genap: \(\frac{9}{36}\) (ada 9 kombinasi) - Peluang minimal satu angka 2: \(\frac{11}{36}\) (ada 11 kombinasi)


5.1.2 Rumus Union:

\[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\]

Dikurang Karena ketika menjumlah \(P(A) + P(B)\), area irisan \(A \cap B\) terhitung dua kali, jadi perlu dikurangi sekali.


5.1.3 Contoh Perhitungan Union:

Ketika: Melempar dua dadu

Kejadian A: Dua angka genap β†’ \(P(A) = \frac{9}{36}\) Kejadian B: Minimal satu angka 2 β†’ \(P(B) = \frac{11}{36}\) Irisan: Dua angka genap DAN minimal satu angka 2 β†’ \(P(A \cap B) = \frac{5}{36}\)

Pertanyaan: Berapa peluang dua angka genap ATAU minimal satu angka 2?

Perhitungan: \[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\] \[P(A \cup B) = \frac{9}{36} + \frac{11}{36} - \frac{5}{36} = \frac{15}{36} = 0.4167\]

Hasil: Peluang = \(\frac{15}{36}\) atau 41.67%


5.1.4 Visualisasi dengan Diagram Venn tentang pelemparan dua dadu:

Diagram Venn ini menunjukkan hubungan antara dua kejadian dalam pelemparan dua dadu:

  • Ada 2 kejadian:

    • A: Dua dadu genap (9 kemungkinan)
    • B: Minimal satu dadu angka 2 (11 kemungkinan)
  • Yang overlap: 5 kemungkinan (dua dadu genap DAN ada angka 2)

  • Total yang termasuk: 9 + 11 - 5 = 15 kemungkinan dari 36

  • Artinya: Dari 36 kemungkinan lemparan dua dadu, ada 15 hasil yang memenuhi β€œdua dadu genap ATAU minimal satu angka 2”

Peluangnya = 15/36 = 41.67%


5.2 Intersection of Events (A ∩ B) - Irisan Kejadian

Apa itu Intersection?
\(A \cap B\) berarti: A terjadi DAN B terjadi secara BERSAMAAN.

Analoginya:
Area tumpang tindih antara dua lingkaran.


5.2.1 Rumus Intersection:

Untuk kejadian independen: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B)\]

Untuk kejadian dependen: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B|A)\]


5.2.2 Contoh Perhitungan Intersection:

Contoh 1 (Independen):
Melempar dua dadu. Peluang dua angka 6: \[P(6 \cap 6) = P(6) \times P(6) = \frac{1}{6} \times \frac{1}{6} = \frac{1}{36}\]

Contoh 2 (Dependen):
Mengambil 2 kartu As tanpa pengembalian: \[P(A_1 \cap A_2) = P(A_1) \times P(A_2|A_1) = \frac{4}{52} \times \frac{3}{51} = \frac{1}{221}\]


5.2.3 Kesalahan Umum pada Soal Gabungan β€˜AND’ (Intersection)

Kesalahan yang Sering Terjadi:

Menggunakan rumus kejadian independen untuk kejadian yang sebenarnya tidak independen.

Contoh Kesalahan: \[P(\text{dua angka genap}) \times P(\text{minimal satu angka 2}) = \frac{9}{36} \times \frac{11}{36} \quad \text{β†’ SALAH}\]

Mengapa Ini Salah?

  • Kedua kejadian tidak independen - hasil dari satu kejadian mempengaruhi peluang kejadian lainnya
  • Perkalian tersebut memasukkan hasil yang tidak relevan dan tidak memperhitungkan ketergantungan antara kejadian

Cara yang Benar:

Lihat langsung pada sample space dan cari irisan (intersection) dari kedua kejadian tersebut.

Hasil yang Benar:

Dari sample space terlihat bahwa kedua kejadian beririsan pada lima hasil berbeda, sehingga: \[P(\text{dua angka genap DAN minimal satu angka 2}) = \frac{5}{36}\]


5.3 Probability Rules (Aturan Penting)

5.3.1 Additive Rule (Aturan Penjumlahan)

Aturan penjumlahan digunakan ketika kita ingin menghitung peluang kejadian A ATAU kejadian B terjadi.


Rumus Dasar: \[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B)\]

Dikurangi \(P(A \cap B)\) Karena ketika kita menjumlahkan \(P(A) + P(B)\), bagian yang tumpang tindih (irisan) terhitung dua kali. Jadi perlu dikurangi sekali.


Kasus Khusus 1: Kejadian Saling Lepas
\[P(A \cup B) = P(A) + P(B)\]

Contoh:
- Peluang mata dadu 2 ATAU 5:
\(P(2) + P(5) = \frac{1}{6} + \frac{1}{6} = \frac{2}{6}\)
(Tidak ada tumpang tindih karena tidak mungkin dapat 2 dan 5 bersamaan)

Kasus Khusus 2: Kejadian Independen
\[P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A) \times P(B)\]

Contoh:
- Peluang hujan hari ini ATAU besok (asumsi independen):
\(P(hari1) + P(hari2) - P(hari1) \times P(hari2)\)


Rumus tambahan untuk Tiga Kejadian: \[P(A \cup B \cup C) = P(A) + P(B) + P(C) - P(A \cap B) - P(A \cap C) - P(B \cap C) + P(A \cap B \cap C)\]

Logikanya:

  • Tambah semua peluang individu
  • Kurangi semua irisan berpasangan (karena terhitung berlebihan)
  • Tambah kembali irisan ketiganya (karena terkurangi terlalu banyak)

5.3.2 Multiplicative Rule (Aturan Perkalian)

Aturan perkalian digunakan ketika kita ingin menghitung peluang kejadian A DAN kejadian B terjadi bersamaan.


Rumus Dasar: \[P(A \cap B) = P(A) \times P(B|A)\]

Artinya:
Peluang A dan B terjadi = Peluang A terjadi Γ— Peluang B terjadi setelah A terjadi


Kasus Khusus: Kejadian Independen
\[P(A \cap B) = P(A) \times P(B)\]

Contoh:
- Peluang dadu angka 6 DAN koin head:
\(P(6) \times P(H) = \frac{1}{6} \times \frac{1}{2} = \frac{1}{12}\)

Contoh Dependen:
- Peluang kartu pertama As DAN kartu kedua As (tanpa pengembalian):
\(P(A_1) \times P(A_2|A_1) = \frac{4}{52} \times \frac{3}{51}\)


Extended untuk Tiga Kejadian Dependen: \[P(A \cap B \cap C) = P(A) \times P(B|A) \times P(C|A \cap B)\]

Contoh:
- Peluang mengambil 3 kartu As berturut-turut tanpa pengembalian:
\(P(A_1) \times P(A_2|A_1) \times P(A_3|A_1 \cap A_2) = \frac{4}{52} \times \frac{3}{51} \times \frac{2}{50}\)


Tips:

  • Lihat kata kunci: β€œATAU” β†’ Additive Rule
  • Lihat kata kunci: β€œDAN” β†’ Multiplicative Rule


6 Hubungan Antar Kejadian

Dalam analisis probabilitas, pemahaman tentang hubungan antar kejadian ada Dua konsep penting yang perlu dikuasai adalah kejadian saling lepas (mutually exclusive) dan kejadian menyeluruh (exhaustive), yang menggambarkan bagaimana berbagai kejadian berinteraksi dalam ruang sampel. Konsep ini tidak hanya membantu dalam menghitung probabilitas secara akurat tetapi juga dalam memahami struktur dasar dari percobaan acak dan hubungan ketergantungan antara berbagai outcome yang mungkin terjadi.



6.1 Kejadian Saling Lepas (Mutually Exclusive Events)

Dua kejadian disebut saling lepas jika mereka tidak mungkin terjadi bersamaan. Kalau kejadian A terjadi, maka kejadian B pasti tidak terjadi, dan sebaliknya.

Ciri-ciri:

  • Tidak ada hasil yang sama antara kedua kejadian
  • Tidak bisa terjadi dalam waktu yang bersamaan

Rumus Penting:

  • \(P(A ∩ B) = 0\) (peluang keduanya terjadi bersamaan = 0)
  • \(P(A βˆͺ B) = P(A) + P(B)\) (peluang A atau B terjadi)

6.1.1 Contoh: Lempar Dua Dadu

Situasi: Kita melempar dua dadu sekaligus.

Kejadian A: Mendapatkan minimal satu angka 5 Kejadian B: Jumlah kedua dadu kurang dari 4

Langkah 1: Hitung Peluang Kejadian A - Cari semua kemungkinan yang mengandung angka 5: - Dadu pertama 5, dadu kedua bebas: (5,1), (5,2), …, (5,6) β†’ 6 hasil - Dadu kedua 5, dadu pertama bebas: (1,5), (2,5), …, (6,5) β†’ 6 hasil
- Tapi (5,5) terhitung dua kali, jadi total = 6 + 6 - 1 = 11 hasil - \(P(A) = \frac{11}{36}\)

Langkah 2: Hitung Peluang Kejadian B - Cari semua kemungkinan jumlah < 4: - Jumlah 2: (1,1) β†’ 1 hasil - Jumlah 3: (1,2), (2,1) β†’ 2 hasil - Total = 3 hasil - \(P(B) = \frac{3}{36}\)

Langkah 3: Cek Apakah Saling Lepas - Apakah ada hasil yang memenuhi A dan B sekaligus? - Kejadian A butuh ada angka 5 - Kejadian B butuh jumlah < 4 (maksimal angka 3) - Tidak mungkin ada angka 5 dan jumlah < 4 bersamaan! - Jadi \(P(A ∩ B) = 0\)

Kesimpulan: A dan B saling lepas


6.2 Kejadian Menyeluruh (Exhaustive Events)

Beberapa kejadian disebut menyeluruh jika gabungan mereka mencakup semua kemungkinan yang ada. Tidak ada hasil yang terlewat.

Ciri-ciri:

  • Gabungan semua kejadian = seluruh ruang sampel
  • Pasti salah satu kejadian terjadi

Rumus Penting: - \(P(A βˆͺ B βˆͺ C βˆͺ ...) = 1\) (peluang gabungan = 100%)


6.2.1 Contoh: Lempar Dua Dadu Lagi

Situasi: Masih dengan dua dadu.

Kejadian A: Mendapatkan minimal satu angka 6 Kejadian B: Jumlah kedua dadu kurang dari 11

Langkah 1: Hitung Peluang Kejadian A - Sama seperti sebelumnya: 11 hasil yang mengandung angka 6 - \(P(A) = \frac{11}{36}\)

Langkah 2: Hitung Peluang Kejadian B
- Cari semua kemungkinan jumlah < 11: - Total semua kemungkinan = 36 - Yang jumlah β‰₯ 11: (5,6), (6,5), (6,6) β†’ 3 hasil - Jadi jumlah < 11 = 36 - 3 = 33 hasil - \(P(B) = \frac{33}{36}\)

Langkah 3: Hitung Irisan A dan B - Hasil yang mengandung angka 6 DAN jumlah < 11: - (6,1), (6,2), (6,3), (6,4), (1,6), (2,6), (3,6), (4,6) β†’ 8 hasil - \(P(A ∩ B) = \frac{8}{36}\)

Langkah 4: Cek Apakah Menyeluruh - \(P(A βˆͺ B) = P(A) + P(B) - P(A ∩ B)\) - \(= \frac{11}{36} + \frac{33}{36} - \frac{8}{36} = \frac{36}{36} = 1\) - Peluang gabungan = 100% β†’ tidak ada hasil yang terlewat

Kesimpulan: A dan B menyeluruh


6.3 Kombinasi: Saling Lepas DAN Menyeluruh

Kejadian yang sekaligus saling lepas dan menyeluruh adalah pasangan kejadian yang: - Tidak bisa terjadi bersamaan - Pasti salah satu terjadi

6.3.1 Contoh Sempurna: Genap vs Ganjil

Situasi: Jumlah dua dadu

Kejadian A: Jumlah genap Kejadian B: Jumlah ganjil

Langkah 1: Hitung Masing-masing

  • Jumlah genap: 18 hasil β†’ \(P(A) = \frac{18}{36}\)
  • Jumlah ganjil: 18 hasil β†’ \(P(B) = \frac{18}{36}\)

Langkah 2: Cek Saling Lepas

  • Apakah mungkin jumlah genap DAN ganjil sekaligus?
  • Tidak mungkin! Suatu jumlah pasti genap ATAU ganjil
  • \(P(A ∩ B) = 0\) βœ“

Langkah 3: Cek Menyeluruh

  • \(P(A βˆͺ B) = \frac{18}{36} + \frac{18}{36} - 0 = \frac{36}{36} = 1\) βœ“
  • Semua kemungkinan tercakup

Kesimpulan: A dan B saling lepas dan menyeluruh


6.4 Visualisasi 3 Jenis Keadaan

Visualisasi:

  • Saling Lepas: Dua lingkaran terpisah (tidak overlap)
  • Tidak Saling Lepas: Dua lingkaran tumpang tindih
  • Menyeluruh: Seluruh kotak sample space tertutupi
  • Saling Lepas & Menyeluruh: Dua lingkaran terpisah yang bersama-sama menutupi seluruh kotak

6.5 Tabel Hubungan Probabilitas

JENIS-JENIS HUBUNGAN KEJADIAN DALAM PROBABILITAS
No Jenis Hubungan Definisi Contoh
1 Saling Lepas (Mutually Exclusive) Kejadian yang tidak bisa terjadi bersamaan Head dan Tail pada koin
2 Tidak Saling Lepas (Not Mutually Exclusive) Kejadian yang bisa terjadi bersamaan Siswa perempuan dan berkacamata
3 Menyeluruh (Exhaustive) Kejadian yang mencakup semua kemungkinan dalam sample space Angka genap dan ganjil pada dadu
4 Saling Lepas & Menyeluruh (Mutually Exclusive and Exhaustive) Kejadian yang sekaligus tidak bisa terjadi bersamaan dan mencakup semua kemungkinan Head dan Tail pada koin fair
Keterangan:
Saling Lepas = Mutually Exclusive | Menyeluruh = Exhaustive


7 Percobaan Binomial (Binomial Experiment)

Binomial experiment adalah percobaan statistik yang mengulangi tindakan yang sama beberapa kali dengan hanya dua kemungkinan hasil (sukses/gagal), setiap percobaan bersifat independen dan memiliki peluang sukses yang konstan. Konsep ini digunakan untuk menganalisis situasi seperti pelemparan koin berulang, quality control produk, atau survei ya/tidak, untuk mengetahui peluang mendapatkan sejumlah sukses tertentu dari sejumlah percobaan tetap.



Distribusi probabilitas binomial membahas probabilitas terjadinya success (keberhasilan) atau failure (kegagalan) dalam sebuah percobaan yang diulang berkali-kali. Cara mudah mengingatnya adalah dengan melihat awalan β€œbi” yang berarti β€œdua”, seperti pada kata bicycle (dua roda) dan binoculars (dua lensa). Pada probabilitas binomial, terdapat dua kemungkinan outcome: success atau failure.


7.1 Syarat Wajib Binomial Experiment:

  1. Fixed Number of Trials
    • Jumlah percobaan sudah ditentukan dari awal
    • Contoh: β€œLempar koin 10 kali” β†’ \(n = 10\) (tetap)
  2. Two Possible Outcomes
    • Hanya ada 2 kemungkinan hasil per percobaan
    • Success (berhasil) dan Failure (gagal)
    • Contoh: Head/Tail, Lulus/Gagal, Ya/Tidak
  3. Constant Probability
    • Peluang success sama untuk setiap percobaan
    • \(p\) tidak berubah-ubah
    • Contoh: \(P(head) = 0.5\) selalu
  4. Independent Trials
    • Hasil percobaan pertama tidak mempengaruhi percobaan kedua, dst
    • Contoh: Lempar koin, hasil lemparan 1 tidak pengaruhi lemparan 2

7.2 Contoh yang Binomial:

Melempar dadu 5 kali, catat angka 6

  • \(n = 5\) (tetap)
  • Success = angka 6, Failure = bukan 6
  • \(p = \frac{1}{6}\) (selalu sama)
  • Independen (dadu tidak ingat lemparan sebelumnya)

Survey 100 orang, tanya setuju/tidak

  • \(n = 100\) (tetap)
  • Success = setuju, Failure = tidak setuju
  • \(p\) = proporsi populasi yang setuju
  • Independen (asumsi responden dipilih acak)

7.3 Contoh yang Bukan Binomial:

Ambil 5 kartu tanpa pengembalian

  • Probabilitas berubah setelah setiap pengambilan
  • Tidak konstan β†’ Bukan binomial

Tanya orang sampai dapat 10 yang setuju

  • \(n\) tidak tetap (bisa butuh 10 orang, bisa 100 orang)
  • Jumlah percobaan tidak tetap β†’ Bukan binomial

7.4 Binomial Formula (Rumus Binomial)

Yaitu rumus khusus untuk menghitung peluang dalam binomial experiment.

Rumus: \[P(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}\]


7.4.1 Rumus Rumus:

\(\binom{n}{k}\) = β€œBanyaknya cara”

  • Baca: β€œn choose k”
  • Artinya: Berapa banyak cara mendapatkan \(k\) success dari \(n\) percobaan
  • Rumus: \(\binom{n}{k} = \frac{n!}{k!(n-k)!}\)

\(p^k\) = β€œPeluang success”

  • Peluang success terjadi \(k\) kali
  • Contoh: Jika \(p = 0.5\) dan \(k = 3\) β†’ \(0.5^3 = 0.125\)

\((1-p)^{n-k}\) = β€œPeluang failure”

  • Peluang failure terjadi \((n-k)\) kali
  • Contoh: Jika \(p = 0.5\), \(n = 5\), \(k = 3\) β†’ \(0.5^2 = 0.25\)

7.4.2 Contoh Pakai Rumus:

Situasi: Lempar koin 5 kali, berapa peluang tepat 3 head?

Data: - \(n = 5\), \(k = 3\), \(p = 0.5\)

Hitung:

  1. \(\binom{5}{3} = \frac{5!}{3!2!} = 10\) (ada 10 cara dapat 3 head)
  2. \(p^k = 0.5^3 = 0.125\)
  3. \((1-p)^{n-k} = 0.5^2 = 0.25\)

Hasil: \(P(X=3) = 10 \times 0.125 \times 0.25 = 0.3125\)


7.4.3 Hubungan Keduanya:

Binomial Experiment = β€œApa yang kita lakukan”
- Syarat-syarat percobaan

Binomial Formula = β€œBagaimana menghitungnya”
- Rumus untuk menghitung peluang



8 Distribusi Binomial

Distribusi binomial merupakan distribusi probabilitas diskrit yang mendeskripsikan hasil dari serangkaian percobaan independen dengan dua outcome tetap (success/gagal), dimana setiap percobaan memiliki probabilitas success yang konstan. Distribusi ini menjadi fondasi penting dalam statistika untuk memodelkan fenomena biner seperti quality control, survei opini publik, dan analisis risiko, dengan aplikasi yang luas dalam berbagai bidang ilmu dan industri.



Distribusi binomial merupakan salah satu distribusi probabilitas diskrit yang sangat penting dalam statistika. Rumus ini secara khusus dirancang untuk menghitung peluang dari percobaan yang memiliki ciri-ciri tertentu, yang kita sebut sebagai percobaan binomial.

Rumus Fundamental: \[P(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}\]

Penjelasan Detail Setiap Komponen:

  • \(P(X = k)\) : Probabilitas bahwa kita akan mendapatkan tepat \(k\) kali keberhasilan dari \(n\) percobaan
  • \(\binom{n}{k}\) : Koefisien binomial yang menghitung banyaknya cara berbeda untuk memperoleh \(k\) keberhasilan dari \(n\) percobaan
  • \(p^k\) : Peluang mendapatkan keberhasilan sebanyak \(k\) kali
  • \((1-p)^{n-k}\) : Peluang mendapatkan kegagalan sebanyak \(n-k\) kali

8.1 Contoh Distribusi Binomial

Ketika: Melempar koin sebanyak dua kali dan menyebut β€œberhasil” ketika mendapatkan sisi gambar.

Penjelasan:

  • \(n = 2\) : Banyaknya percobaan sudah ditetapkan (dua kali lempar)
  • \(k\) : Dapat bernilai 0, 1, atau 2 (mustahil 3 karena cuma 2 lemparan)
  • \(p = 0.5\) : Kemungkinan mendapat gambar tiap lemparan adalah 50%

8.2 Menghitung Secara Detail untuk Setiap Kemungkinan

Hitung peluang masing-masing nilai \(k\):

Saat \(k = 0\) (tidak dapat gambar sama sekali): \[P(X = 0) = \binom{2}{0} (0.5)^0 (0.5)^2 = 1 \times 1 \times 0.25 = 0.25\]

Saat \(k = 1\) (mendapat satu gambar): \[P(X = 1) = \binom{2}{1} (0.5)^1 (0.5)^1 = 2 \times 0.5 \times 0.5 = 0.50\]

Saat \(k = 2\) (mendapat dua gambar): \[P(X = 2) = \binom{2}{2} (0.5)^2 (0.5)^0 = 1 \times 0.25 \times 1 = 0.25\]

Kesimpulan: Sebaran peluang lengkap untuk percobaan lempar koin dua kali adalah:

  • Tidak dapat gambar: 0.25
  • Dapat satu gambar: 0.50
  • Dapat dua gambar: 0.25

9 Visualisasi Grafik dan Karakteristik Distribusi

9.1 Teknik Visualisasi Distribusi Binomial

Visualisasi distribusi binomial biasanya dilakukan menggunakan diagram batang (bar chart) karena distribusi binomial adalah distribusi diskrit.

Struktur Grafik yang Ideal:

  • Sumbu Horizontal (X) : Menampilkan jumlah keberhasilan (\(k\)) dari 0 sampai \(n\)
  • Sumbu Vertikal (Y) : Menunjukkan probabilitas \(P(X = k)\) untuk setiap nilai \(k\)
  • Tinggi Batang : Proporsional dengan nilai probabilitas masing-masing outcome

9.2 Karakteristik Visual dari Contoh

Untuk contoh \(n = 2\), \(p = 0.5\):

  • Batang tertinggi berada di \(k = 1\) dengan tinggi 0.50
  • Dua batang samping (\(k = 0\) dan \(k = 2\)) memiliki tinggi sama yaitu 0.25
  • Bentuk simetris sempurna karena \(p = 0.5\)

9.3 Parameter Statistik yang Menjelaskan Distribusi

Setiap distribusi binomial dapat dideskripsikan secara lengkap melalui tiga parameter utama:

1. Mean (Nilai Harapan): \[\mu = n \times p\] Mean menunjukkan nilai rata-rata yang kita harapkan dari banyaknya keberhasilan.

2. Varians: \[\sigma^2 = n \times p \times (1-p)\] Varians mengukur seberapa tersebar data dari nilai mean-nya.

3. Simpangan Baku: \[\sigma = \sqrt{n \times p \times (1-p)}\] Simpangan baku memberikan gambaran tentang variabilitas data dalam satuan yang sama dengan data asli.

9.4 Fenomena Pengelompokan Data

Pada setiap distribusi binomial, terdapat kecenderungan alami dimana data akan berkumpul di sekitar nilai mean. Fenomena ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

  • Ketika \(p\) besar (mendekati 1), mean akan bergeser mendekati \(n\)
  • Ketika \(p\) kecil (mendekati 0), mean akan bergeser mendekati 0
  • Semakin besar \(n\), semakin jelas pola pengelompokan ini terlihat

Mengapa distribusi menjadi miring ketika \(p \neq 0.5\)?

  • Untuk \(p\) kecil: Peluang mendapatkan banyak success sangat rendah, sehingga batang-batang tinggi terkumpul di sebelah kiri (nilai \(k\) kecil)
  • Untuk \(p\) besar: Peluang mendapatkan sedikit success sangat rendah, sehingga batang-batang tinggi terkumpul di sebelah kanan (nilai \(k\) besar)

9.4.0.1 Pengaruh Jumlah Percobaan (\(n\))

Efek Perubahan \(n\) pada Bentuk Distribusi:

\(n\) Kecil (misal \(n = 5\)):

  • Distribusi terlihat β€œkaku” dan terputus-putus
  • Hanya ada beberapa nilai \(k\) yang mungkin
  • Bentuk belum menyerupai distribusi normal

\(n\) Sedang (misal \(n = 20\)):

  • Pola distribusi mulai halus
  • Jika \(p = 0.5\), mulai terlihat bentuk lonceng
  • Masih terlihat sebagai distribusi diskrit

\(n\) Besar (misal \(n = 100\)):

  • Distribusi menjadi sangat halus
  • Mendekati bentuk distribusi normal
  • Dapat diaproksimasi dengan distribusi kontinu

9.4.0.2 Interaksi yang Kompleks antara \(n\) dan \(p\)

Skenario 1: \(p = 0.5\) dengan berbagai \(n\)

  • Untuk \(n\) berapapun, distribusi tetap simetris
  • Semakin besar \(n\), semakin smooth kurvanya

Skenario 2: \(p\) ekstrim dengan \(n\) kecil

  • Distribusi sangat miring
  • Hanya beberapa nilai \(k\) yang memiliki probabilitas signifikan

Skenario 3: \(p\) ekstrim dengan \(n\) besar

  • Meskipun \(p\) ekstrim, dengan \(n\) besar distribusi mulai simetris
  • Mean tetap di \(n \times p\), tetapi spread-nya lebih simetris

10 Aproksimasi Normal pada Distribusi Binomial

10.1 Konsep Dasar

Ide: Gunakan distribusi normal untuk mendekati distribusi binomial ketika sampel besar, karena perhitungan binomial untuk \(n\) besar menjadi rumit.

10.2 Syarat Aproksimasi Normal

Dapat digunakan jika memenuhi: \[n \times p \geq 10 \quad \text{dan} \quad n \times (1-p) \geq 10\]

Contoh:

  • \(n = 100\), \(p = 0.3\) β†’ \(100 \times 0.3 = 30\) dan \(100 \times 0.7 = 70\) βœ“
  • \(n = 25\), \(p = 0.1\) β†’ \(25 \times 0.1 = 2.5\) βœ— (terlalu kecil)

10.3 Langkah Aproksimasi

10.3.1 1. Hitung Parameter

\[\mu = n \times p\] \[\sigma = \sqrt{n \times p \times (1-p)}\]

10.3.2 2. Koreksi Kontinuitas

Karena beralih dari diskrit ke kontinu:

Tabel Koreksi Kontinuitas: Binomial (Diskrit) vs Normal (Kontinu)
Konsep Probabilitas Binomial (Diskrit) Normal (Kontinu) Contoh Penerapan
Probabilitas Tepat (Exact Probability) |P(X = k) |P(k - 0.5 < X < k + 0.5) |P(X = 5) β†’ P(4.5 < X < 5.5)
Probabilitas Kumulatif Bawah (Lower Cumulative) |P(X ≀ k) |P(X < k + 0.5) |P(X ≀ 5) β†’ P(X < 5.5)
Probabilitas Kumulatif Atas (Upper Cumulative) |P(X β‰₯ k) |P(X > k - 0.5) |P(X β‰₯ 5) β†’ P(X > 4.5)
Probabilitas Rentang (Range Probability) |P(a ≀ X ≀ b) |P(a - 0.5 < X < b + 0.5) |P(3 ≀ X ≀ 7) β†’ P(2.5 < X < 7.5)

10.4 Contoh Penerapan

Ketika: Kita survey 400 orang, dan secara umum 60% populasi setuju. Kita ingin tahu: berapa peluang dapat tepat 250 orang yang setuju?

Langkah-langkahnya:

  1. Cek dulu:
    • Rata-rata harus β‰₯ 10: 400 Γ— 60% = 240 orang βœ“
    • Rata-rata tidak setuju juga β‰₯ 10: 400 Γ— 40% = 160 orang βœ“ β†’ Boleh pakai rumus normal
  2. Hitung rata-rata & standar deviasi:
    • Rata-rata = 240 orang
    • Standar deviasi = √96 β‰ˆ 9.8 orang
  3. Koreksi angka: Karena kita hitung orang (bulat) tapi pakai rumus normal (desimal):
    • β€œTepat 250” β†’ β€œAntara 249.5 sampai 250.5”
  4. Hitung Z-score:
    • Z₁ = (249.5 - 240) Γ· 9.8 β‰ˆ 0.97
    • Zβ‚‚ = (250.5 - 240) Γ· 9.8 β‰ˆ 1.07
  5. Cari peluang:
    • P(0.97 < Z < 1.07) = 0.8577 - 0.8340 = 0.0237

Artinya: Peluang dapat tepat 250 orang yang setuju adalah 2.37% - cukup kecil karena 250 cukup jauh dari rata-rata 240.

Mari jelaskan dengan analogi sederhana:

10.5 Kapan Paling Efektif?

Gambaran bentuk distribusi:

  • \(p\) mendekati 0.5 β†’ Seperti gunung yang simetris, sama rata kiri-kanan Contoh: Peluang perempuan/laki-laki (50-50)

  • \(n\) besar β†’ Semakin banyak data, semakin halus bentuknya Contoh: Survey 1000 orang lebih akurat daripada survey 10 orang

  • Kombinasi terbaik: Survey minimal 50 orang dengan persentase 30-70%

10.6 Kesalahan Umum

  1. Lupa cek syarat β†’ Kayak masak tanpa cek bahan, bisa gagal Harus: Rata-rata success β‰₯ 10 dan rata-rata failure β‰₯ 10

  2. Lupa koreksi β†’ Kayak ngukur orang pakai penggaris, tapi lupa orang itu punya volume Harus: β€œTepat 250” jadi β€œAntara 249.5 - 250.5”

  3. Pakai untuk sampel kecil β†’ Kayak mau prediksi pemilu cuma survey 5 orang Sample kecil masih kelihatan kotak-kotak, belum halus

Intinya: Pakai rumus normal untuk hitung binomial itu seperti pakai penggaris untuk ukur sesuatu yang sebenarnya terdiri dari titik-titik. Hasilnya bagus kalau titik-titiknya banyak dan rapat.

11 Kapan Distribusi Normal Tidak Dapat Digunakan?

Distribusi normal tidak akan memberikan hasil yang akurat ketika:

  1. Probabilitas \(p\) mendekati 0 atau 1 (sangat kecil atau sangat besar)
  2. Jumlah percobaan \(n\) terlalu kecil

Terdapat beberapa grafik yang tidak sepenuhnya sesuai. Pada visualisasi tersebut,

Namun jika kita melakukan penyesuaian, hasilnya akan menjadi lebih baik.

Dengan penyesuaian parameter ini, pendekatan distribusi normal akan memberikan hasil yang lebih akurat dan lebih sesuai dengan distribusi binomial sebenarnya.


11.1 Visualisasi Macam-Macam jenis karakteristik berbeda

INTERPRETASI VISUALISASI:

GRAFIK 1 (Kiri Atas): LEFT-SKEWED

  • Distribusi binomial dengan probabilitas sukses sangat tinggi (p = 0.95)
  • Bentuk miring ke kiri karena peluang sukses sangat besar
  • Sebagian besar hasil terkonsentrasi di nilai k yang tinggi (95-100)
  • Kurva normal (biru) kurang cocok mengikuti bentuk binomial

GRAFIK 2 (Kanan Atas): RIGHT-SKEWED

  • Distribusi binomial dengan probabilitas sukses rendah (p = 0.3)
  • Bentuk miring ke kanan karena peluang sukses kecil
  • Hasil terkonsentrasi di nilai k rendah (0-5)
  • nΓ—p = 3 (<5) menunjukkan sampel terlalu kecil untuk aproksimasi normal

GRAFIK 3 (Kiri Bawah): HAMPIR SIMETRIS

  • Probabilitas mendekati 0.5 (p = 0.65) dengan sampel besar (n = 100)
  • Bentuk mulai menyerupai distribusi normal
  • Kurva biru lebih baik mengaproksimasi distribusi binomial
  • n besar membantu menciptakan bentuk yang lebih simetris

GRAFIK 4 (Kanan Bawah): SIMETRIS SEMPURNA

  • Probabilitas tepat 0.5 dengan nΓ—p = 5
  • Bentuk simetris sempurna mengikuti pola distribusi normal
  • Kurva normal hampir sempurna mengikuti distribusi binomial
  • Kondisi ideal untuk aproksimasi normal

KESIMPULAN: Aproksimasi normal bekerja paling baik ketika p mendekati 0.5 dan n cukup besar, sedangkan untuk p ekstrem atau n kecil, distribusi binomial tetap perlu dihitung secara langsung.

11.2 Tabel Mengenai Macam-Macam Karakteristik

Karakteristik Jenis-Jenis Skewness dalam Distribusi
Jenis Deskripsi Contoh Parameter Hubungan Mean-Median-Mode Interpretasi Praktis
RIGHT SKEWED Distribusi miring ke kanan - ekor memanjang ke kanan p = 0.95, n = 100 Mode < Median < Mean Nilai kecil lebih sering, tapi ada beberapa nilai sangat besar
LEFT SKEWED Distribusi miring ke kiri - ekor memanjang ke kiri p = 0.30, n = 10 Mean < Median < Mode Nilai besar lebih sering, tapi ada beberapa nilai sangat kecil
SIMETRIS Distribusi simetris - bentuk seperti lonceng p = 0.50, n = 10 Mean = Median = Mode Nilai tersebar merata di sekitar pusat