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第二课:条件概率、独立性与来源判断

[返回路线](./09_two_week_plan_zh.md)。周五一小时,本地对应考点 37、38。借鉴 [OpenStax 二维表](https://openstax.org/books/introductory-statistics-2e/pages/3-4-contingency-tables)与 [NRICH 自然频数到概率树](https://nrich.maths.org/articles/probability-calculations-tree-diagrams),采用中文自编情境。

从人数到条件概率

100 件产品中,甲厂占 60 件、其中次品 6 件;乙厂占 40 件、其中次品 8 件。

<figure><img src="../../../assets/probability-course/source-tree.svg" alt="100件产品按来源分为甲厂60件、乙厂40件,再分别分为次品6件与8件、正品54件与32件。"><figcaption>人数树:每次分类都保留所属范围。</figcaption></figure>

全部次品 14 件,在“已知次品”条件下,来自甲厂的比例是 6/14;在“已知甲厂”条件下,次品比例是 6/60。两个条件的分母不同。

一般当 $P(B)>0$ 时,对 B 内权重归一化,定义条件概率(conditional probability)$P(A\mid B)=P(A\cap B)/P(B)$。重排得到乘法公式。若 $P(A\cap B)=P(A)P(B)$,称独立(independent);与互斥(mutually exclusive)不同。

来源互斥且完备时,先按来源分块:$P(D)=\sum_iP(B_i)P(D\mid B_i)$。逆向条件为某条来源次品路径除以全部次品路径,不额外背一套新套路。完整推导见条件讲义。

教师备课与退出检查

复盘第一课的机制题;新知先看人数树,再在各分支旁写比例,最后抽象到公式。全概率用同一产品情境完成,不再叠加复杂题。独立性的初始辨析用公平骰子:A 为偶数、B 为不大于 3,交集只有 2,所以不独立。退出检查问:沿路径相乘一定要求独立吗?答案是否定的,相乘的是条件概率;替换成无条件概率时才需要独立性。

四道核心作业

作业 1:互斥是否独立?【自编·辨析】

公平骰子一次投掷,A 为出 1,B 为出 2。判断互斥、对立、独立,并给依据。

一级提示

分别检查交集、并集及概率乘积。

完整解析

交集为空,故互斥;并集不是全集,故不对立。$P(A\cap B)=0$,$P(A)P(B)=1/36$,故不独立。观察到出 2 后,出 1 的可能性变为零,不能说“两个不同结果互不影响”。

作业 2:两个方向的条件【自编】

沿用 100 件产品情境,求次品概率、甲厂条件下次品概率、次品条件下来自甲厂概率,并判断来源甲与次品独立吗?

一级提示

三个分母依次是 100、60、14。

完整解析

$P(D)=14/100=7/50$,$P(D\mid甲)=6/60=1/10$,$P(甲\mid D)=6/14=3/7$。由于 1/10 不等于 7/50,二者不独立。也可比较交集 6/100 与乘积 $(60/100)(14/100)$,不相等。

作业 3:已知至少一红【考点 38 模型改编】

3 红 2 白,所有二球集合等可能,不放回抽两球。已知至少一红,求两红概率;若条件改为第一球红,答案是多少?

一级提示

“至少一红”不是“第一球红”,两者保留的结果不同。

完整解析

至少一红的集合有 $\binom52-\binom22=9$ 个,两红有 $\binom32=3$ 个,概率 1/3。已知第一球红后余下 2 红 2 白,第二球红概率 1/2。第一条件保留红白和白红路径,第二条件排除了第一球白的路径,因此结果不同。

作业 4:独立但成功率不同【考点 37 模型改编】

甲乙独立答题,成功率为 4/5、3/5。求至少一人成功,以及已知至少一人成功时恰一人成功的概率。

一级提示

先列四条互斥路径,再缩小到至少一成功。

完整解析

都成功 12/25,甲成功乙失败 8/25,甲失败乙成功 3/25,都失败 2/25,和为 1。至少一成功为 23/25,恰一成功为 11/25。后者是前者的子事件,条件概率为 $(11/25)/(23/25)=11/23$。

讲题指定作业 3:画出有序路径,解释两个条件留下哪些路径。