已知随机事件 A、B、C 两两独立,则 A、B、C 相互独立的充要条件是( )A. AB 与 ABC 独立B. AB 与 AC 独立C. AB 与 overline(C) 独立D. Aoverline(B) 与 Aoverline(C) 独立
已知随机事件 A、B、C 两两独立,则 A、B、C 相互独立的充要条件是( ) A. AB 与 ABC 独立 B. AB 与 AC 独立 C. AB 与 $\overline{C}$ 独立 D. $A\overline{B}$ 与 $A\overline{C}$ 独立
题目解答
答案
我们来逐步分析这个题目。
题目回顾:
已知随机事件 $ A $、$ B $、$ C $ 两两独立,问:
$ A $、$ B $、$ C $ 相互独立 的充要条件是哪一个选项?
选项:
A. $ AB $ 与 $ ABC $ 独立
B. $ AB $ 与 $ AC $ 独立
C. $ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立
D. $ A\overline{B} $ 与 $ A\overline{C} $ 独立
第一步:理解“两两独立”与“相互独立”的区别
-
两两独立:指任意两个事件独立,即:
$P(AB) = P(A)P(B),\quad P(AC) = P(A)P(C),\quad P(BC) = P(B)P(C)$ -
相互独立(三个事件):除了两两独立外,还要求:
$P(ABC) = P(A)P(B)P(C)$
也就是说,两两独立 + $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $ 才能推出三者相互独立。
> 所以,本题的条件是:已知两两独立,要使三者相互独立,充要条件就是 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $。
我们的任务是:从四个选项中找出哪一个等价于 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $,在已知两两独立的前提下。
第二步:逐个分析选项
选项 A:$ AB $ 与 $ ABC $ 独立
两个事件独立的定义是:
$P(AB \cap ABC) = P(AB) \cdot P(ABC)$
但注意:$ AB \cap ABC = ABC $,因为 $ ABC \subseteq AB $
所以:
$P(AB \cap ABC) = P(ABC)$
因此独立条件为:
$P(ABC) = P(AB) \cdot P(ABC)$
我们来分析这个等式:
$P(ABC) = P(AB) \cdot P(ABC)
\Rightarrow P(ABC)(1 - P(AB)) = 0$
这个等式成立的条件是:
- 要么 $ P(ABC) = 0 $
- 要么 $ P(AB) = 1 $
但这并不是我们想要的充要条件 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $,因为这个选项只在某些特殊情况下成立,不能推广。
所以 A 不是充要条件。
选项 B:$ AB $ 与 $ AC $ 独立
即:
$P(AB \cap AC) = P(AB) \cdot P(AC)$
注意:$ AB \cap AC = ABC \cap A = ABC $?不对!
实际上:
$AB \cap AC = A \cap B \cap A \cap C = A \cap B \cap C = ABC$
所以:
$P(AB \cap AC) = P(ABC)$
而由两两独立已知:
- $ P(AB) = P(A)P(B) $
- $ P(AC) = P(A)P(C) $
所以独立条件为:
$P(ABC) = P(AB) \cdot P(AC) = P(A)P(B) \cdot P(A)P(C) = P(A)^2 P(B)P(C)$
而我们希望的是:
$P(ABC) = P(A)P(B)P(C)$
所以这个条件变成:
$P(A)P(B)P(C) = P(A)^2 P(B)P(C) \Rightarrow P(A) = 1 \quad (\text{假设 } P(B)P(C) \ne 0)$
这只有在 $ P(A) = 1 $ 时才成立,显然不是普遍成立的充要条件。
所以 B 不对。
选项 C:$ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立
即:
$P(AB \cap \overline{C}) = P(AB) \cdot P(\overline{C})$
我们来分析左边:
$AB \cap \overline{C} = AB \setminus ABC = AB - ABC
\Rightarrow P(AB \cap \overline{C}) = P(AB) - P(ABC)$
右边:
$P(AB) \cdot P(\overline{C}) = P(AB)(1 - P(C))$
所以等式为:
$P(AB) - P(ABC) = P(AB)(1 - P(C))$
化简右边:
$P(AB) - P(AB)P(C)$
所以:
$P(AB) - P(ABC) = P(AB) - P(AB)P(C)
\Rightarrow P(ABC) = P(AB)P(C)$
现在,由于已知两两独立,有 $ P(AB) = P(A)P(B) $,代入得:
$P(ABC) = P(A)P(B)P(C)$
这正是三个事件相互独立所要求的第三个条件!
而且这个推导是等价的:
- 从 $ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立 $\Rightarrow P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $
- 反过来,如果 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $,且两两独立,则上面每一步都可逆,也能推出 $ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立。
所以,在已知两两独立的前提下,$ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立 当且仅当 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $,即三者相互独立。
所以 C 是充要条件。
选项 D:$ A\overline{B} $ 与 $ A\overline{C} $ 独立
即:
$P(A\overline{B} \cap A\overline{C}) = P(A\overline{B}) \cdot P(A\overline{C})$
先看左边:
$A\overline{B} \cap A\overline{C} = A \cap \overline{B} \cap \overline{C} = A\overline{B}\overline{C}
\Rightarrow P(A\overline{B}\overline{C})$
右边:
$P(A\overline{B}) \cdot P(A\overline{C})$
我们尝试用概率公式展开。
由概率性质:
- $ P(A\overline{B}) = P(A) - P(AB) = P(A) - P(A)P(B) = P(A)(1 - P(B)) $(由两两独立)
- 同理:$ P(A\overline{C}) = P(A)(1 - P(C)) $
所以右边:
$P(A)(1 - P(B)) \cdot P(A)(1 - P(C)) = P(A)^2 (1 - P(B))(1 - P(C))$
左边:
$P(A\overline{B}\overline{C}) = P(A) - P(AB) - P(AC) + P(ABC)
= P(A) - P(A)P(B) - P(A)P(C) + P(ABC)
= P(A)\left[1 - P(B) - P(C) + \frac{P(ABC)}{P(A)}\right]$
令两边相等:
$P(A)\left[1 - P(B) - P(C) + \frac{P(ABC)}{P(A)}\right] = P(A)^2 (1 - P(B))(1 - P(C))$
这个等式非常复杂,且不一定能推出 $ P(ABC) = P(A)P(B)P(C) $,也不等价。
举个反例即可说明 D 不是充要条件。
所以 D 不正确。
结论:
在已知 $ A、B、C $ 两两独立的前提下,它们相互独立的充要条件是:
$P(ABC) = P(A)P(B)P(C)$
而选项 C 的条件 $ AB $ 与 $ \overline{C} $ 独立,等价于这个式子。
最终答案:
$\boxed{\text{C}}$
解析
考查要点:本题主要考查三个事件两两独立与相互独立的条件关系,需要理解两者的区别,并找到等价于三个事件相互独立的充要条件。
解题核心思路:
- 两两独立仅要求任意两个事件独立,即满足$P(AB)=P(A)P(B)$等,但相互独立还需满足$P(ABC)=P(A)P(B)P(C)$。
- 题目要求在已知两两独立的前提下,通过选项条件推导出$P(ABC)=P(A)P(B)P(C)$,并验证其等价性。
破题关键点:
- 选项C通过分析$AB$与$\overline{C}$独立的条件,推导出$P(ABC)=P(A)P(B)P(C)$,且该过程可逆,因此是充要条件。
选项分析
选项C:$AB$与$\overline{C}$独立
- 独立条件:
$P(AB \cap \overline{C}) = P(AB) \cdot P(\overline{C})$ - 计算左边:
$P(AB \cap \overline{C}) = P(AB) - P(ABC)$ - 计算右边:
$P(AB) \cdot P(\overline{C}) = P(AB)(1 - P(C))$ - 等式变形:
$P(AB) - P(ABC) = P(AB)(1 - P(C))$
$\Rightarrow P(ABC) = P(AB)P(C)$ - 结合两两独立:
由$P(AB)=P(A)P(B)$,代入得:
$P(ABC) = P(A)P(B)P(C)$
结论:选项C的条件等价于三个事件相互独立。