两个事件的独立性

一、两个事件的独立性

定义6 设A,B是两个随机事件,如果P(A)>0,且有

则称事件B关于事件A是独立的.

B关于A独立的含义是事件B的概率不受附加条件“事件A已发生”的影响.

例24 袋中有10张卡片,分别标有数字0,1,2,…,9,每次从中任意抽取一张,取后放回,共取两次.以A表示事件“第一次取到标有奇数的卡片”,B表示事件“第二次取到的卡片上所标数字小于3”.验证事件B关于事件A是独立的.

证 样本空间Ω={(i,j)|i,j=0,1,…,9},其中(i,j)表示“第一次取到的卡片上标有数字i,第二次取到的卡片上标有数字j”.A={(i,j)|i=1,3,5,7,9;j=0,1,2,…,9},B={(i,j)|i=0,1,2,…,9;j=0,1,2},AB={(i,j)|i=1,3,5,7,9;j=0,1,2}.由于是古典型随机试验,且Ω,A,B,AB中包含的样本点个数分别为100,50,30,15,所以

即有

故事件B关于事件A是独立的.证毕.

由于是有放回抽样,第一次取卡片的情况对第二次取卡片的情况没有影响,所以有上面得到的结论.

定理6 设A,B是两个随机事件,若P(A)>0,则事件B关于事件A独立的充要条件是

证 若事件B关于事件A独立,即P(B|A)=P(B),则由乘法定理得

P(AB)=P(A)P(B|A)=P(A)P(B).

反之,若P(AB)=P(A)P(B),由于P(A)>0,所以

由定义知事件B关于事件A是独立的.证毕.

推论 设A,B是两个随机事件,P(A)>0,P(B)>0,则事件B关于事件A独立当且仅当事件A关于事件B独立.

证 由定理6,当P(A)>0,P(B)>0时,B关于A独立⇔P(AB)=P(A)P(B)⇔A关于B独立.证毕.

由此可见事件A和B之间的独立性是相互的.

稍微注意一下就知道,定理6中的关系式(1.21)比定义6中的关系式(1.20)有几个明显的优点:

(i)它不必用到条件概率的概念;

(ii)它在形式上关于A,B是对称的;

(iii)当P(A)=0或P(B)=0时,(1.21)式仍然成立.

这是因为当P(A)=0或P(B)=0时,P(A)P(B)=0,且

从而有

注意这时条件概率P(B|A)或P(A|B)无意义.因此,如果把关系式(1.21)作为事件A,B之间的独立性的定义,则不但使定义的表达更简洁,而且还把定义的适用范围稍许推广.

定义6′ 设A,B是两个随机事件,如果

则称事件A和B是相互独立的.

定理6告诉我们,当P(A)>0时,定义6与定义6′其实是一致的.后面我们将采用定义6′.

另外,容易验证,任一事件A与不可能事件是相互独立的;任一事件A与必然事件Ω也是相互独立的.

证 因为

所以

于是

由定理7可知,若式(1.20)成立,0<P(A)<1,则

即不论事件A发生与否,事件B发生的概率都一样.

例25 考虑向正方形区域ABCD内投一质点的几何型随机试验.令E,F,G,H为正方形各边的中点(图1-3).设M1表示事件“质点落在矩形AFHD内”,M2表示事件“质点落在矩形ABGE内”,M3表示事件“质点落在三角形ABD内”,试讨论M1,M2,M3两两之间的独立性.

解 由于是几何型随机试验,故

同理

图1-3

由定义6′立即看出:M1和M2相互独立,M1与M3不独立,M2与M3不独立.