独立性判定与互斥辨析

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方法模板

一、独立的六种等价说法(,)

与独立与独立

中间那两条(“条件与不条件一样” 和 “两个条件下一样”)是本节最高频的伪装形式。

为什么”两个条件下一样”就独立——全概率公式的一行推导:

也就是说 永远是 与 的凸组合(权重 都为正),两个端点相等就等于 。

二、“1 减”型伪装:三个恒等条件

以下三条,每一条都等价于独立:

题面化简
直接

动作固定:把带 1 的那个移过去,用 翻面,两边就撞成同一个形式。

注意 这一步——逆只逆了前面那个字母,条件那半保持不动。条件概率对前一个变元满足全部概率公理,对后一个不满足。

三、独立 vs 互斥:反着走的一对

互斥 独立
层级集合关系概率关系
直觉一个发生另一个就不可能一个发生不影响另一个
当时:互斥不独立;独立不互斥(即相容)

证明一行:互斥则 ,而独立要求 ,矛盾。

唯一的例外是退化情形: 或 的事件与任何事件都独立,此时两者可以并存。

四、相互独立的”打包”原则

若 相互独立,则:

把它们分成不相交的两组,任一组生成的事件与另一组生成的事件仍独立

例如 相互独立时,、、、 都与 、 独立。

但同一个字母不能同时出现在两边—— 与 就共用了 ,打包原则失效。这是本节选择题的唯一考点。

五、相关性的符号:一个 贯穿四个格子

记,则四个”交”的偏离量恰好正负交错:

即 ,,等等。

推论(判”充要条件”题的万能钥匙):

而带一个横线的那两格方向相反:,口诀:横线数目的奇偶决定符号。

必考

880 第十六章基础选择 3

原题

设 ,,,则下列选项中不正确的是( ).

A. 与 互不相容  B. 与 相容  C.   D.

解析

条件 就是 相互独立,于是,逐项:

  • A 不正确:互不相容意味着 ,从而 ,与 矛盾。
  • B 正确:,即相容。
  • C 正确:独立的对称性,。
  • D 正确:独立性可以传给逆事件, 与 独立。

"独立 + 正概率 一定相容",这是本章最该刻在脑子里的一句

很多人把”独立”与”互斥”当成同类概念(都在说”两件事没关系”),实际上它们在正概率下互相排斥:

独立互斥

直觉上的区别:互斥是”最强的负相关”( 发生把 的概率压到 0),而独立是”零相关”。所以两者不但不同,还是相反方向的极端。

880 第十六章基础选择 5

原题

设 , 且 ,则( ).

A. 与 互不相容  B. 与 相互独立  C. 与 对立  D. 与 不相互独立

解析

把带 1 的那项翻面。 由 :,再用全概率公式:

即 , 与 相互独立。

(顺带排除:独立且正概率必相容,A 错;对立就更不可能,C 错;D 与结论相反。)

全概率公式在这里的角色是**"凸组合的两端相等 等于平均"**

端点端点

权重 都严格为正(这就是题目给 的原因),所以 严格夹在两个端点之间。两端一相等, 只能等于它们。

这条”夹逼”还有个副产品: 与 的大小关系,永远与 和 的大小关系一致。1000 强化 1-2 的 (C) 项考的就是这个。

880 第十六章基础选择 7

原题

设 是两个随机事件,且 ,,,则下列选项中正确的是( ).

A.   B.   C.   D.

解析

条件已经是标准形式,直接上全概率(这次条件在 上):,即 ,故 独立:

A 为什么错:独立只给出 ,而 A 项要求,也就是要 ——题目根本没给。B 也错(同理,不能断言"")。D 与 C 矛盾。

A、B 这一对是"要么恒成立要么恒不成立"的陷阱

只要发现某个选项需要""这类题目没给的额外数值,它和它的否定项就该一起划掉——因为两者都可能发生,谁也不是”正确选项”。

选择题里成对出现的 与 ,正确的那个必须对一切满足条件的情形都成立。

1000 基础第1章 14

原题

设 和 是概率不等于 0 和 1 的任意两个事件,且满足 ,则事件 和 一定 ____.

解析

与 880 基础选择 5 是同一个恒等式,只把 的角色对调。

和相互独立

三道题、两本书、一个恒等式

题条件
880 基础选择 5
880 基础选择 7
1000 基础 1-14

三种写法,同一个结论:独立。

统一的看法是:条件概率 与 是两套概率测度,” 与 独立”意味着这两套测度在 上给出同一个数。上面三个条件都是在说这件事。

拓展

880 第十六章基础选择 4

原题

设 是三个相互独立的随机事件,且 ,则下列四对事件中不相互独立的是( ).

A. 与   B. 与   C. 与   D. 与

解析

用打包原则一眼分组:只要一边只含 、另一边只含 ,就一定独立。

  • A: 只含 ;另一边是 。独立。
  • C: 只含 ;另一边是 。独立。
  • D: 只含 ;另一边是 。独立。
  • B: 同时含 和 ,与 共用了 ,打包原则失效。

验证 B 确实不独立:注意 ( 不发生则 必不发生),故

若两者独立,需要

即必须 。题目没有这个前提,所以一般不独立。

判"哪一对不独立",先数字母,再找包含

第一步(数字母):把每个复合事件里出现的原始字母列出来,两边有重叠字母的那一对就是嫌疑犯。四个选项里只有 B 重叠。

第二步(找包含):想证明不独立,最快的路子是找到 这种极端关系。因为

且独立或

有包含关系的两个事件,除非退化,否则一定不独立。 这条在选择题里比硬算快得多。

1000 基础第1章 6

原题

已知 且 ,则以下结论:

① ;② ;③ ;④ .

正确结论的个数为( ).

(A) 1  (B) 2  (C) 3  (D) 4

解析

先把条件榨干。 条件概率 是一个合法的概率测度,对它用加法公式:,与题设比较得

这就是条件的全部信息。 逐条检验:

① 。由 推不出 —— 完全可以整块落在 里。错。

反例:掷一枚硬币,正,反。则 满足条件,但 而 。

② 左边是无条件概率,右边是条件概率,量纲都不对。同一反例:左 ,右 。错。

③ 。同样推不出(上面的反例里 反,概率 )。错。

④ 。这正是条件本身。对。

正确的只有 ④,共 1 个。

条件概率是测度,但 只对"竖线前面"那一半是测度

满足全部概率公理:非负、规范()、可列可加。所以加法公式、减法公式、容斥原理统统能加竖线照抄。

但竖线后面那一半完全不是测度: 一般不等于任何有意义的东西,。

②③ 两条错的根源就在这里:它们试图在竖线后面做加法。

1000 强化第1章 2

原题

设 为随机事件,且 . 下列命题中为假命题的是( ).

(A) 若 ,则

(B) 若 ,则

(C) 若 ,则

(D) 若 ,则

解析

前三项都用”一个 贯穿四格”直接判掉。记 。

(A) 真:。由四格表, 那一格也是 :

(直接验证:。)

(B) 真: 时 与 独立,从而 与 也独立。

(C) 真:由 凸组合夹逼, 严格介于 与 之间(权重都为正),所以左大于右就意味着左大于中间的 。

(D) 假。分子分母各自化简:

结论要的是 ,但条件只给到 ,中间差着一个 。

反例:取 ,且 。则 ,条件左边 恒成立;而结论 变成 ,假。

(D) 的正确版本是什么

条件真正等价于

也就是” 发生的那部分比”只有 发生”的那部分大”。它比 弱(因为 )。

反过来说: 能推出条件成立。所以 (D) 把充分条件写成了必要条件——这是”假命题”题最常见的造法。

1000 强化第1章 3

原题

设随机事件 满足 ,,则 的充要条件是( ).

(A)   (B)

(C)   (D)

解析

仍用 ,题目问的是” 的充要条件”。

四格表(横线数目的奇偶决定符号):

  • (A) ,故 (A) 。反向,错。
  • (B) ,故 (B) 。正是所求。
  • (C) 由

得 (C) 。反向,错。

  • (D) 同理 。反向,错。

另解(不用表,验一格推全表)

只需验证 那一格:

” 同时取逆, 不变”——这一条一记住,(B) 立刻出线,其余三项都是”只逆一个”,符号必然翻转。

四格表的直觉: 就是二维列联表里的"交叉差"

把 排成 表,则

正是这张表的行列式。行列式为 0 就是独立,为正是正相关,为负是负相关。

这也解释了为什么”同时逆两个”符号不变(对角线交换,行列式不变),“只逆一个”符号翻转(交换一行或一列,行列式变号)——和线代第10章的行列式性质是同一件事。

1000 强化第1章 4

原题

对于下列命题:

① 若事件 相互独立,且 相互独立,则 相互独立;

② 若事件 相互独立,且 ,,则 相互独立.

说法正确的是( ).

(A) ① 正确,② 不正确  (B) ② 正确,① 不正确  (C) ①② 都正确  (D) ①② 都不正确

解析

两条都错,各举一个反例即可。

① 独立没有传递性。 掷两枚均匀硬币,令第一枚正面第二枚正面,则 独立(不同硬币), 独立(同理)。但, 不独立(它们是同一个事件)。①错。

② 独立不能遗传给子事件。 同样掷两枚硬币,

第一枚正第二枚正两枚都正

独立,,,但

不相等, 不独立。②错。

独立是 三个事件之间的数值巧合,不是"没有关系"这种可传递的定性属性

学生的直觉常是” 和 没关系、 和 没关系,那 和 也该没关系”。但独立性由一个乘法等式定义,等式之间没有传递机制。

更狠的例子(说明②有多不靠谱): 独立时,取 、 当然独立;可只要把 换成 (仍含于 ),马上就相关了。取子集的动作会把 的信息偷偷塞进 里。

记法:独立性只在”信息来源互不重叠”时才能打包与传递(见方法模板第四条)。① 里 与 来源完全重叠,② 里 借用了 的信息,两条都违反了这一点。

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