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4.3 Mutually exclusive and independent events

互斥事件与独立事件 - 概率加法规则与乘法规则的应用

一、核心知识点

1. 互斥事件(Mutually Exclusive Events)

互斥事件是指无共同结果的事件,即两个事件不可能同时发生,维恩图中曲线不重叠。

概率加法规则:\( P(A \text{ or } B) = P(A) + P(B) \)

条件概率关系:如果A发生,B必不发生,故 \( P(A \text{ but not } B) = P(A) \)

都不发生的概率:\( P(\text{neither } A \text{ nor } B) = 1 - P(A \text{ or } B) \)

2. 独立事件(Independent Events)

独立事件是指一个事件的发生不影响另一个事件的发生概率的事件。

概率乘法规则:\( P(A \text{ and } B) = P(A) \times P(B) \)

判断方法:验证 \( P(A \text{ and } B) \) 是否等于 \( P(A) \times P(B) \)

3. 互斥与独立的区别

互斥事件:不可能同时发生,\( P(A \cap B) = 0 \)

独立事件:发生概率相互不影响,但可能同时发生

关键区别:互斥事件不能同时发生,而独立事件可能同时发生,但概率不受影响

二、例题

Example 5

Events \( A \) and \( B \) are mutually exclusive events, where \( P(A) = 0.2 \) and \( P(B) = 0.4 \)

Find:

a) \( P(A \text{ or } B) \)

b) \( P(A \text{ but not } B) \)

c) \( P(\text{neither } A \text{ nor } B) \)

解答

a) \( P(A \text{ or } B) \)

因\( A \)、\( B \)互斥,由加法规则:

\( P(A \text{ or } B) = P(A) + P(B) = 0.2 + 0.4 = 0.6 \)

b) \( P(A \text{ but not } B) \)

互斥事件中A发生则B必不发生,故:

\( P(A \text{ but not } B) = P(A) = 0.2 \)

c) \( P(\text{neither } A \text{ nor } B) \)

既不A也不B的概率:

\( P(\text{neither } A \text{ nor } B) = 1 - P(A \text{ or } B) = 1 - 0.6 = 0.4 \)

Example 6

Events \( A \) and \( B \) are independent events, where \( P(A) = \frac{1}{3} \) and \( P(B) = \frac{1}{5} \)

Find \( P(A \text{ and } B) \)

解答

因\( A \)、\( B \)独立,由乘法规则:

\( P(A \text{ and } B) = P(A) \times P(B) = \frac{1}{3} \times \frac{1}{5} = \frac{1}{15} \)

Example 7

The Venn diagram shows the number of students in a class who watch any of three popular TV programmes, \( A \), \( B \) and \( C \).

a) Find the probability that a student chosen at random watches \( B \) or \( C \) or both.

b) Determine whether watching \( A \) and watching \( B \) are independent events.

解答

步骤1:计算总人数

总人数:\( 3 + 4 + 5 + 10 + 7 + 1 = 30 \)

a) 看B或C的人数

看B或C的人数:\( 4 + 5 + 10 + 7 = 26 \),概率:

\( P(\text{watches } B \text{ or } C) = \frac{26}{30} = \frac{13}{15} \)

b) 计算各概率

\( P(A) = \frac{3 + 4}{30} = \frac{7}{30} \)

\( P(B) = \frac{4 + 5 + 10}{30} = \frac{19}{30} \)

\( P(A \text{ and } B) = \frac{4}{30} = \frac{2}{15} \)

验证独立性

\( P(A) \times P(B) = \frac{7}{30} \times \frac{19}{30} = \frac{133}{900} \)

而\( \frac{2}{15} = \frac{120}{900} \),两者不相等,故**\( A \)和\( B \)不独立**。

三、互斥事件与独立事件的区别

互斥事件(Mutually Exclusive)

定义:不可能同时发生的事件

维恩图特征:曲线不重叠,无交集区域

概率特征:\( P(A \cap B) = 0 \)

例子:抛硬币出现正面或出现反面

独立事件(Independent)

定义:一个事件的发生不影响另一个事件的发生概率

维恩图特征:曲线可能重叠,但区域大小满足独立性条件

概率特征:\( P(A \cap B) = P(A) \times P(B) \)

例子:连续抛两枚硬币出现正面

关键区别

互斥事件:不可能同时发生,交集概率为0

独立事件:可能同时发生,但发生概率相互不影响

注意:互斥事件一定是相依事件,而独立事件可能同时发生