互斥與獨立

静雅斋数学發表於2024-06-27

前言

廓清認知

  • 兩個事件互斥是指兩個事件的發生相互排斥,一個若發生,則另一個必然不會發生,當然還可能出現兩個事件都沒有發生,如投擲一次正方體骰子,出現點數為 \(1\) 和出現點數為 \(2\) 是互斥的,可以推廣到任意有限個事件互斥;兩個事件是相互獨立的,直覺上是指:在一次實驗中,一個事件的發生不會影響到另一事件發生的機率,這兩個事件沒有任何關係,也可以推廣到任意有限個事件相互獨立但這個難度大得多。詳細引申請參閱;如在兩個人的射擊事件中,“甲擊中靶心” 和 “乙擊中靶心” 兩個事件是相互獨立的 .需要注意的是,“互斥”描述的是事件(集合)關係,“獨立” 描述是機率關係,二者不在同一維度,不要試圖將二者聯絡到一起。

也正因為互斥研究的是事件(集合)[事件也是集合,故事件就可以用集合直接表示]關係,所以是互斥關係在先,而機率關係在後,即\(P(A+B)=P(A)+P(B)\),因此用機率關係推導互斥關係是錯誤的 .[1],而相互獨立研究的是機率關係,即對任意兩個事件 \(A\)\(B\) ,若滿足關係 \(P(AB)=P(A)P(B)\),則兩個事件 \(A\)\(B\) 是相互獨立的,因此它是可以用 \(P(AB)=P(A)P(B)\)來推導 \(A\)\(B\) 是相互獨立的 .

  • 兩種關係的判定方法:

互斥的判定方法:①題目直接給定;②根據題意分析得到互斥關係;

相互獨立的判定方法:①題目直接給定;②根據題意分析得到獨立關係;③定義法 \(P(AB)=P(A)P(B)\);④轉化法;

結論引申

【人教2019A版教材\(P_{253}\)頁習題10.2第3題】若 \(P(A)>0\)\(P(B)>0\),證明:事件 \(A\)\(B\) 相互獨立與 \(A\)\(B\) 互斥不能同時成立 .

法1:若事件 \(A\)\(B\) 相互獨立,則 \(P(AB)=P(A)P(B)>0\),則 \(AB\neq\varnothing\),故事件 \(A\)\(B\) 不是互斥的;

若事件 \(A\)\(B\) 是互斥的,\(AB=\varnothing\),那麼 \(P(AB)=0\),於是 \(P(AB)\neq P(A)P(B)\),則 \(A\)\(B\) 不相互獨立;

綜上所述,事件 \(A\)\(B\) 相互獨立與 \(A\)\(B\) 互斥不能同時成立 ,言下之意,如果事件 \(A\)\(B\) 是相互獨立的,則事件 \(A\)\(B\) 一定不是互斥的;如果事件 \(A\)\(B\) 是互斥的,則 \(A\)\(B\) 一定不是相互獨立的;

法2:我們知道,對任意事件而言,\(P(A+B)=P(A)+P(B)-P(AB)※\),那麼事件 \(A\)\(B\) 若相互獨立,則 \(P(AB)=P(A)P(B)①\),若事件 \(A\)\(B\) 是互斥的,\(P(A+B)=P(A)+P(B)②\),將 ①②同時代入 ※式,得到 \(0=-P(A)P(B)\),這個等式不成立,故事件 \(A\)\(B\) 相互獨立與 \(A\)\(B\) 互斥不能同時成立 .


  1. [研討]設事件\(A\)\(B\),已知\(P(A)=\cfrac{1}{5}\)\(P(B)=\cfrac{1}{3}\)\(P(A\cup B)=\cfrac{8}{15}\),則\(A\)\(B\)之間的關係一定是【】

    \(A.兩個任意事件\) \(B.互斥事件\) \(C.非互斥事件\) \(D.對立事件\)

    網上解答:由於\(P(A)+P(B)=\cfrac{1}{5}+\cfrac{1}{3}=\cfrac{8}{15}=P(A\cup B)\),所以\(A\)\(B\)之間的關係為互斥事件,故選\(B\).
    研討:本題目若事件 \(A\)\(B\) 同屬於同一個實驗,則由\(P(A)+P(B)=P(A\cup B)\),可知\(A\)\(B\)之間的關係為互斥事件,故選\(B\).
    若事件 \(A\)\(B\) 屬於不同的兩個實驗,則由\(P(A)+P(B)=P(A\cup B)\),並不一定能得到\(A\)\(B\)之間的關係為互斥事件,可能是互斥事件,也可能是相互獨立事件。
    【廓清認知】在同一個試驗中 [這是必須首先滿足的大前提] 的任意兩個事件 \(A\)\(B\),若互斥,則必然滿足 \(P(A\cup B)\)\(=P(A)+P(B)\) . ↩︎

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