独立性是概率论区别于测度论的核心概念——它体现了随机事件之间"互不影响"的直观。
两个事件的独立性
若 P(AB)=P(A)⋅P(B),则称事件 A 与 B 相互独立。
独立性与条件概率
当 P(B)>0 时:
A⊥⊥B⟺P(A∣B)=P(A)
即 B 的发生不影响 A 的概率。
独立性的性质
| 性质 | 说明 |
|---|
| 不可能事件/必然事件 | ∅ 和 Ω 与任意事件独立 |
| 若 A⊥⊥B | 则 A⊥⊥Bˉ,Aˉ⊥⊥B,Aˉ⊥⊥Bˉ |
| 若 P(A)>0,P(B)>0 | 独立与互斥不能同时成立(AB=∅⇒P(AB)=0=P(A)P(B)) |
多个事件的独立性
两两独立
n 个事件 A1,…,An 两两独立:对任意 i=j,有 P(AiAj)=P(Ai)P(Aj)。
相互独立
n 个事件 A1,…,An 相互独立:对任意 k(2≤k≤n)和 {i1,…,ik}⊆{1,…,n},有:
P(Ai1Ai2⋯Aik)=P(Ai1)P(Ai2)⋯P(Aik)
需要验证 2n−n−1 个等式!
两两独立 ⇏ 相互独立
经典反例(Bernstein):掷两枚均匀硬币。定义:
- A:第一枚正面
- B:第二枚正面
- C:两枚结果相同
则 P(A)=P(B)=P(C)=1/2。A,B,C 两两独立(每对乘积 =1/4),但 P(ABC)=1/4=1/8,不是相互独立。
试验的独立性
n 重独立试验
n 个试验 E1,…,En 相互独立:各试验所涉及的事件相互独立。
n 重伯努利试验
每次试验只有两个结果(成功/失败),且各次试验独立、每次成功概率 p 相同。
在 n 重伯努利试验中,恰有 k 次成功的概率:
P(X=k)=(kn)pk(1−p)n−k,k=0,1,…,n
这就是二项分布的分布列。
伯努利大数定律
n 重伯努利试验中,事件 A 的频率 nnA 依概率收敛到其概率 p。这为"频率稳定性"提供了数学依据(详见第四章大数定律)。
条件独立性
在给定事件 C(P(C)>0)的条件下,若:
P(AB∣C)=P(A∣C)⋅P(B∣C)
则称 A 与 B 在给定 C 下条件独立。
注意:无条件独立不一定推出条件独立,反之亦然。