การแจกแจงความน่าจะเป็น: ตัวแปรสุ่ม ค่าคาดหมาย และความแปรปรวน
ทดลองหมุนวงล้อ โยนเหรียญ และทอดลูกเต๋า เพื่อเรียนรู้ตัวแปรสุ่ม X การแจกแจงความน่าจะเป็น P(X = x) ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ ค่าคาดหมาย E(X) และความแปรปรวน V(X) เทียบผลทดลองกับค่าทางทฤษฎี ฝึกโจทย์ และออกแบบแผ่นงานหรือชุดข้อสอบจากบอร์ดเดียวกัน

ตัวแปรสุ่มและการแจกแจงความน่าจะเป็น
ตัวแปรสุ่ม X คือค่าตัวเลขที่ได้จากการทดลองสุ่ม เช่น เลขที่เข็มชี้บนวงล้อ แต้มบนลูกเต๋า หรือจำนวนเหรียญที่ออกหัว ตัวแปรสุ่มที่ค่าเป็นไปได้นับได้ เช่น 1, 2, 3, … เรียกว่าตัวแปรสุ่มไม่ต่อเนื่อง การแจกแจงความน่าจะเป็นบอกว่า X มีค่าแต่ละค่าด้วยความน่าจะเป็นเท่าใด เขียนเป็น P(X = x) ทุกค่าต้องไม่ติดลบ และเมื่อรวมกันทุกค่าแล้วต้องได้ 1 เสมอ
วงล้อ 4 ช่องเท่ากัน เลข 1, 2, 3, 4 ให้ X คือเลขที่เข็มชี้ P(X = 1) = P(X = 2) = P(X = 3) = P(X = 4) = และ + + + = 1

ตารางและกราฟของการแจกแจง
เขียนการแจกแจงได้เป็นตารางที่มีค่า x คู่กับ P(X = x) หรือเป็นฟังก์ชันมวลความน่าจะเป็น f(x) ถ้าวาดเป็นกราฟแท่ง ความสูงของแท่งคือความน่าจะเป็นของค่านั้น ห้องทดลองให้เลือกที่มาของ X ได้ 4 แบบ ได้แก่ วงล้อช่องเท่ากัน วงล้อที่ช่องมีขนาดไม่เท่ากัน การโยนเหรียญหลายเหรียญ และสถิติของลูกเต๋า 2 ลูก แล้วดูแท่งความน่าจะเป็นพร้อมตาราง P(x) และผลรวมที่ต้องเท่ากับ 1
โยนเหรียญ 2 เหรียญ ให้ X คือจำนวนหัว ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้คือ HH, HT, TH, TT P(X = 0) = , P(X = 1) = = , P(X = 2) = และรวมกันได้ 1

ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ที่เกี่ยวกับ X
เหตุการณ์ เช่น X ≥ 5, X ≠ 3 หรือ 2 ≤ X ≤ 4 หาได้โดยเลือกค่า x ทุกค่าที่เข้าเงื่อนไข แล้วบวกความน่าจะเป็นของค่าเหล่านั้น ในห้องทดลองเลือกเครื่องหมาย ≤ < = ≠ > ≥ หรือช่วง แท่งที่เข้าเงื่อนไขจะเปลี่ยนเป็นสีทอง และมีตารางเทียบผลทดลองกับค่าทางทฤษฎีทั้งเหตุการณ์นั้นและเหตุการณ์ที่ไม่ใช่
วงล้อ 6 ช่องเท่ากัน เลข 1 ถึง 6: P(X ≥ 5) = P(X = 5) + P(X = 6) = + = · P(2 ≤ X ≤ 4) = = · P(X ≠ 3) =

ค่าคาดหมาย E(X)
ค่าคาดหมายคือค่าเฉลี่ยของ X ที่คาดว่าจะได้เมื่อทำการทดลองซ้ำหลายครั้ง หาจาก E(X) = Σ x · P(x) คือนำแต่ละค่า x คูณกับความน่าจะเป็นของมัน แล้วบวกกัน ค่านี้ไม่จำเป็นต้องเป็นค่าที่ X เป็นไปได้ และค่าเฉลี่ยจากการทดลองจะเข้าใกล้ E(X) เมื่อทดลองมากขึ้น ลองหมุน 1000 ครั้งในห้องทดลอง แล้วเทียบค่าเฉลี่ยที่ได้กับค่าทฤษฎี
วงล้อ 6 ช่องเท่ากัน: E(X) = (1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6) · = = 3.5 · เกมวงล้อที่มีเงินรางวัล 0, 0, 0, 10, 10, 50 บาท มี P(0) = , P(10) = , P(50) = จึง E(X) = 0 + + = ≈ 11.67 บาท ถ้าค่าเล่นครั้งละ 10 บาท กำไรคาดหมายคือ − 10 = ≈ 1.67 บาท

ความแปรปรวน V(X) และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน
ความแปรปรวนบอกว่าค่าของ X กระจายออกจากค่าคาดหมายมากเพียงใด นิยามคือ V(X) = Σ (x − μ)² · P(x) เมื่อ μ = E(X) หรือคำนวณจาก V(X) = E(X²) − [E(X)]² โดย E(X²) = Σ x² · P(x) รากที่สองของความแปรปรวนคือส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน σ = (X) ห้องทดลองแสดงขั้นตอนของทั้งสองวิธีด้วยเศษส่วนที่แน่นอน และวาดแถบ μ ± σ บนกราฟได้
วงล้อ 2 ช่อง เลข 1 กับ 2: E(X) = 1.5 และ V(X) = [(1 − 1.5)² + (2 − 1.5)²] = (0.25 + 0.25) = 0.25 · วงล้อ 6 ช่อง: E(X²) = จึง V(X) = − ()² = − = ≈ 2.92
![สูตรความแปรปรวน V(X) = Σ (x − μ)² P(X = x) = E(X²) − [E(X)]² และ σ = √V(X) ตัวอย่างวงล้อ 2 ช่องได้ V(X) = 0.25 และ σ = 0.5 ส่วนวงล้อ 6 ช่องได้ E(X²) = 91/6 และ V(X) = 35/12 ≈ 2.92](/images/lessons/figure-probability-distribution-variance.jpg)
ทวินามและลูกเต๋า (ส่วนเสริมในห้องทดลอง)
ถ้าโยนเหรียญ n เหรียญ แต่ละเหรียญออกหัวด้วยความน่าจะเป็น p ให้ X คือจำนวนหัว จะได้ P(X = k) = C(n, k) · pᵏ · qⁿ⁻ᵏ เมื่อ q = 1 − p และ E(X) = np, V(X) = npq ส่วนลูกเต๋า 2 ลูก ลองเปลี่ยนให้ X เป็นผลบวก ค่าสูงสุด ค่าต่ำสุด หรือผลต่าง แล้วดูว่ารูปกราฟต่างกันอย่างไร
โยนเหรียญ 4 เหรียญ (p = ): P(X = 0, 1, 2, 3, 4) = , , , , · E(X) = 4 · = 2 · V(X) = 4 · · = 1 · ทอดลูกเต๋า 2 ลูก ให้ X คือผลบวก: E(X) = 7 และ V(X) = ≈ 5.83

วิธีใช้ห้องทดลองและการออกแบบข้อสอบ
โหมดสำรวจให้หมุน โยน หรือทอดครั้งเดียวหรือเป็นพัน ๆ ครั้ง แล้วดูแท่งสีส้ม (ผลทดลอง) เทียบกับแท่งสีเขียว (ทฤษฎี) โหมดฝึกโจทย์มีโจทย์ 5 แบบ 3 ระดับ ตอบเป็นเศษส่วนหรือทศนิยมได้ โหมดออกแบบโจทย์ให้ครูตั้งหัวข้อและเลือกว่าจะแสดง เว้นว่างให้นักเรียนเติม หรือซ่อนผลลัพธ์แต่ละแถว แล้วบันทึกเป็นภาพ PNG ส่วนโหมดชุดข้อสอบสุ่มข้อสอบพร้อมเฉลยจากเลขชุด เลขชุดเดิมได้ข้อสอบเดิมเสมอ
ตั้งวงล้อ 6 ช่อง เลือกเหตุการณ์ X ≥ 5 แล้วหมุน 100 ครั้ง ผลที่ได้อาจเป็น = 35% ซึ่งใกล้กับค่าทฤษฎี ≈ 33.33% (ตัวเลขนี้มาจากการทดลองจริงหนึ่งครั้ง ครั้งต่อไปอาจต่างออกไป)

