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事件的相互獨立和互斥事件的區别

教育 更新时间:2024-07-31 12:26:52

本文是對之前推送中關于新高考數學第8題解析得更正以及擴展,原題如下:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)1

設甲乙丙丁事件分别為A,B,C,D,分别計算各自概率,以及根據選項計算P(AC),P(AD),P(B,C),P(CD),如下:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)2

可知P(AD)=P(A)P(D),根據獨立事件的公式,事件甲和丁相互獨立,選B

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以上解析過程完全是套用公式,公式符合即為獨立,不符合就不獨立,但如果脫離既定的公式,從最直觀的認識出發,A選項中事件甲和事件丙互斥,事件甲和丙發生的概率都依賴于各自符合的事件個數,而兩者各自符合的事件個數并無公共部分,為什麼兩事件不獨立?到底甲事件影不影響丙事件的概率,互斥事件和獨立事件的區别又是什麼。

知乎上有一篇關于獨立事件和互斥事件關聯性的文章,跟帖很多,評論大多從大學數理統計的角度出發,有興趣的同學可以自己搜一下,高中數學中都是直接給出了公式,但公式的由來和解釋并沒有給出,先從課本中給出的定義出發,先回顧一下和事件的和積事件,如下:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)3

互斥事件又叫互不相容事件,指事件A,B不能同時發生,P(AB)=0,用和事件的形式表示成互斥事件,概率公式和圖示如下:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)4

兩事件獨立的定義為事件A不影響事件B的發生的概率,從上圖看,若兩事件A,B互斥,且P(A) P(B)≠1,顯然A和B互斥時其實可以理解為A,B本身就存在概率上的關聯性,即事件A發生時,事件B就一定不會發生,因此A事件發生概率的大小會影響B事件概率的大小,此時不符合獨立事件的定義,因此可以理解為若兩事件互斥,則兩事件不獨立。

事件A發生的概率會影響事件B發生的概率大小,這裡不得不引入條件概率的定義,且不論事件A,B獨立與否,若A,B是兩不同的事件,按照分步相乘的原則,事件AB同時發生的概率等于在事件B發生且在事件B發生的條件下,事件A也發生,用數學表達式表示為:P(AB)=P(B)·P(A|B),若A,B之間互不幹擾互不影響,則P(A|B)=P(A),所以獨立事件概率公式可通過條件概率推導為P(AB)=P(A)P(B) 【書上是用古典概型推導出來的】

兩事件是否獨立在一些具體實際案例中很好理解,例如兩個不相幹的學生通過考試的情況是相互獨立的,兩個不相幹的機器運轉良好的概率也是相互獨立的,這些具體的案例很容易解釋獨立性,但在本題中,又該如何解釋事件的獨立性?

先看書本上關于獨立事件的案例:

三張獎券中隻有一張能中獎,現分别由三名同學有放回地抽取,事件A為"第一名同學沒有抽到中獎獎券",事件B為“最後一名同學抽到中獎獎券”,問事件A的發生會不會影響事件B發生的概率?

人教版選修2-3

因為是有放回的抽取,A無論抽中沒抽中都會放回獎券,所以最後一名學生依舊是從三張獎券中抽取,因此P(B|A)=P(B),所以判斷兩事件獨立不獨立可以采用這種方法:即如果有A時B發生的概率與沒有A時發生的概率是否相同,看下面的經典案例:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)5

兩種情況很接近,第一種情況,若沒有事件A,則B事件發生的概率為1/2,若事件A發生,在A發生的前提下B發生的概率依舊是1/2,此時P(B|A)=P(B),即事件A,B相互獨立。

第二種情況,若沒有事件A,事件B發生的概率為1/2,若事件A發生,在A發生的前提下B發生的概率為2/3,此時P(B|A)≠P(B),事件A,B顯然不獨立。

從上述案例中能看出,A,B之間有沒有影響,具體是怎麼影響的隻能通過概率來判斷,并不能直接找出影響或不影響的特定情況。

若将本題中取兩次的數字所有可能性看作完整的事件,甲乙丙丁事件發生的概率圖示和關系如下:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)6

如圖可知甲丙事件互斥,丙丁事件互斥,甲丁和乙丙存在交集,由互斥事件可知,甲丙以及丙丁不可能獨立,現分析甲丁和乙丙是否獨立:

先看甲丁,設甲丁事件分别為A,D,若沒有A時,D發生的概率P(D)=1/6,若在A發生的條件下,即可能事件為1,1;1,2;1,3;1,4;1,5;1,6,共6個,這6個事件總數中發生D事件的概率依舊為1/6,因此P(D|A)=P(D),反之亦然,所以甲丁互相獨立。

再看乙丙,設乙丙事件分别為B,C,若沒有B時,事件C發生的概率為5/36,若在B發生的條件下,即可能事件為1,2;2,2;3,2;4,2;5,2;6,2,共6個,這6個事件中發生C事件的概率為1/6,此時P(C|B)≠P(C),因此P(CB)=P(B)P(C|B)≠P(B)P(C),反之亦然。

除了甲丁互相獨立之外,事件乙丁也互相獨立,隻是選項中并沒給出。

從上述案例中可總結如下圖:

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)7

簡言之為:互斥不獨立,獨立不互斥。

一開始的高考真題很容易把答案選出來,借此題目也回顧一下事件互斥,事件獨立,條件概率之間的關聯性。

【注:文章中提到事件為了體現一般性,概率P均為0<P<1】

事件的相互獨立和互斥事件的區别(事件互斥和事件獨立的關系)8

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