Вероятностный кейс: при условии независимости и невзаимозависимости событий объясните, как меняется формула для вероятности объединения трех событий и приведите пример, где интуиция о независимости вводит в заблуждение
Общая формула (правило включений-исключений) для трёх событий A,B,CA,B,CA,B,C: P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(A∩B)−P(A∩C)−P(B∩C)+P(A∩B∩C).
P(A\cup B\cup C)=P(A)+P(B)+P(C)-P(A\cap B)-P(A\cap C)-P(B\cap C)+P(A\cap B\cap C). P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(A∩B)−P(A∩C)−P(B∩C)+P(A∩B∩C). Если события взаимно независимы (полная независимость), то все пересечения можно выразить через произведения маргиналов: P(A∩B)=P(A)P(B),P(A∩C)=P(A)P(C),P(B∩C)=P(B)P(C),
P(A\cap B)=P(A)P(B),\quad P(A\cap C)=P(A)P(C),\quad P(B\cap C)=P(B)P(C), P(A∩B)=P(A)P(B),P(A∩C)=P(A)P(C),P(B∩C)=P(B)P(C),P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C).
P(A\cap B\cap C)=P(A)P(B)P(C). P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C).
Тогда формула упрощается, эквивалентно: P(A∪B∪C)=1−(1−P(A))(1−P(B))(1−P(C)).
P(A\cup B\cup C)=1-(1-P(A))(1-P(B))(1-P(C)). P(A∪B∪C)=1−(1−P(A))(1−P(B))(1−P(C)). Если же события только попарно независимы (каждая пара независима), это даёт равенства только для парных пересечений, но не гарантирует P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C)P(A\cap B\cap C)=P(A)P(B)P(C)P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C). В общем случае нужно подставлять в формулу реальное значение тройного пересечения — его нельзя заменить произведением. Пример, вводящий в заблуждение (парная, но не полная независимость). Пусть X,YX,YX,Y — независимые честные монеты (битовые), и положим A={X=1}, B={Y=1}, C={X⊕Y=1}A=\{X=1\},\;B=\{Y=1\},\;C=\{X\oplus Y=1\}A={X=1},B={Y=1},C={X⊕Y=1} (XOR). Тогда P(A)=P(B)=P(C)=12,P(A∩B)=P(A∩C)=P(B∩C)=14,
P(A)=P(B)=P(C)=\tfrac12,\qquad P(A\cap B)=P(A\cap C)=P(B\cap C)=\tfrac14, P(A)=P(B)=P(C)=21,P(A∩B)=P(A∩C)=P(B∩C)=41,
но P(A∩B∩C)=0≠P(A)P(B)P(C)=18.
P(A\cap B\cap C)=0\neq P(A)P(B)P(C)=\tfrac18. P(A∩B∩C)=0=P(A)P(B)P(C)=81.
По правилу включений истинная вероятность объединения P(A∪B∪C)=3⋅12−3⋅14+0=34.
P(A\cup B\cup C)=3\cdot\tfrac12-3\cdot\tfrac14+0=\tfrac34. P(A∪B∪C)=3⋅21−3⋅41+0=43.
Если ошибочно предположить полную независимость и подставить P(A∩B∩C)=18P(A\cap B\cap C)=\tfrac18P(A∩B∩C)=81, получим 78\tfrac7887 — неправильный результат. Это показывает, что интуиция «парная независимость ⇒ всё независимо» неверна.
P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(A∩B)−P(A∩C)−P(B∩C)+P(A∩B∩C). P(A\cup B\cup C)=P(A)+P(B)+P(C)-P(A\cap B)-P(A\cap C)-P(B\cap C)+P(A\cap B\cap C).
P(A∪B∪C)=P(A)+P(B)+P(C)−P(A∩B)−P(A∩C)−P(B∩C)+P(A∩B∩C).
Если события взаимно независимы (полная независимость), то все пересечения можно выразить через произведения маргиналов:
P(A∩B)=P(A)P(B),P(A∩C)=P(A)P(C),P(B∩C)=P(B)P(C), P(A\cap B)=P(A)P(B),\quad P(A\cap C)=P(A)P(C),\quad P(B\cap C)=P(B)P(C),
P(A∩B)=P(A)P(B),P(A∩C)=P(A)P(C),P(B∩C)=P(B)P(C), P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C). P(A\cap B\cap C)=P(A)P(B)P(C).
P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C). Тогда формула упрощается, эквивалентно:
P(A∪B∪C)=1−(1−P(A))(1−P(B))(1−P(C)). P(A\cup B\cup C)=1-(1-P(A))(1-P(B))(1-P(C)).
P(A∪B∪C)=1−(1−P(A))(1−P(B))(1−P(C)).
Если же события только попарно независимы (каждая пара независима), это даёт равенства только для парных пересечений, но не гарантирует P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C)P(A\cap B\cap C)=P(A)P(B)P(C)P(A∩B∩C)=P(A)P(B)P(C). В общем случае нужно подставлять в формулу реальное значение тройного пересечения — его нельзя заменить произведением.
Пример, вводящий в заблуждение (парная, но не полная независимость). Пусть X,YX,YX,Y — независимые честные монеты (битовые), и положим A={X=1}, B={Y=1}, C={X⊕Y=1}A=\{X=1\},\;B=\{Y=1\},\;C=\{X\oplus Y=1\}A={X=1},B={Y=1},C={X⊕Y=1} (XOR). Тогда
P(A)=P(B)=P(C)=12,P(A∩B)=P(A∩C)=P(B∩C)=14, P(A)=P(B)=P(C)=\tfrac12,\qquad P(A\cap B)=P(A\cap C)=P(B\cap C)=\tfrac14,
P(A)=P(B)=P(C)=21 ,P(A∩B)=P(A∩C)=P(B∩C)=41 , но
P(A∩B∩C)=0≠P(A)P(B)P(C)=18. P(A\cap B\cap C)=0\neq P(A)P(B)P(C)=\tfrac18.
P(A∩B∩C)=0=P(A)P(B)P(C)=81 . По правилу включений истинная вероятность объединения
P(A∪B∪C)=3⋅12−3⋅14+0=34. P(A\cup B\cup C)=3\cdot\tfrac12-3\cdot\tfrac14+0=\tfrac34.
P(A∪B∪C)=3⋅21 −3⋅41 +0=43 . Если ошибочно предположить полную независимость и подставить P(A∩B∩C)=18P(A\cap B\cap C)=\tfrac18P(A∩B∩C)=81 , получим 78\tfrac7887 — неправильный результат. Это показывает, что интуиция «парная независимость ⇒ всё независимо» неверна.