ひよこ統計

独立な試行

統計検定3級統計検定2級

袋から玉を1個取り出し、色を見てから袋に戻して、もう1個取り出す。このとき2回目の袋の中身は1回目とまったく同じです。ところが戻さずに続けると、1回目に何が出たかで2回目の 確率 が変わります。この違いが、独立かどうかの違いです。

一方の結果が他方の起こりやすさを変えないとき、2つの試行は独立であるといい、そのような試行の繰り返しを独立な試行といいます。玉を戻す取り出し方は独立、戻さない取り出し方は独立ではありません。

試行が独立なら、それぞれの試行の結果として起こる事象どうしも独立になります。事象について独立といったとき、その中身は次の式です。

P(A∩B)=P(A) P(B)P(A \cap B) = P(A) \, P(B)
P(A∩B) P(A \cap B) :A と B がともに起こる確率、P(A) P(A) :A が起こる確率、P(B) P(B) :B が起こる確率

つまり、事象については積の形が独立の定義そのものです。だからこの式は判定の道具にもなります。確率が分かっている2つの事象について両辺を計算し、一致すれば独立、しなければ独立ではない、と判断できます。

なお、排反(2つが同時には起こらないこと。事象と確率)とは別の条件です。排反は P(A∩B)=0 P(A \cap B) = 0 を意味するので、どちらの確率も 0 でない2つの事象では、排反であることと独立であることが同時に成り立つことはありません。

毎回勝つ確率が 0.6 のゲームを、条件を変えずに繰り返します。各回の勝敗は独立とみなせるので、2回とも勝つ確率は 0.6×0.6=0.36 0.6 \times 0.6 = 0.36 、3回とも勝つ確率は 0.6×0.6×0.6=0.216 0.6 \times 0.6 \times 0.6 = 0.216 です。1回あたりは半分より勝ちやすいのに、3回続けるとなると 0.216 まで下がります。1 より小さい数を掛け続けているのだから当然で、「勝率が高いのだから連勝も起こりやすい」と考えないことです。

逆に、確率だけが分かっているときに独立かどうかを確かめることもできます。2つの事象について P(A)=0.4 P(A) = 0.4 、P(B)=0.35 P(B) = 0.35 、P(A∪B)=0.61 P(A \cup B) = 0.61 と分かっているとしましょう。まず、どちらか一方でも起こる確率から両方が起こる確率を割り出します(加法定理。和事象の確率は、それぞれの確率の和から重なりぶんを引いたもの)。

P(A∩B)=0.4+0.35−0.61=0.14 P(A \cap B) = 0.4 + 0.35 - 0.61 = 0.14 です。いっぽう P(A)P(B)=0.4×0.35=0.14 P(A) P(B) = 0.4 \times 0.35 = 0.14 で、両者は一致しました。したがって A と B は独立です。

同時に、P(A∩B)=0.14 P(A \cap B) = 0.14 は 0 ではないので、A と B は排反ではありません。独立であることと排反であることは、こうして別々に確かめます。

入門問題

全 4 問
問 1

2つの試行が独立であるとは、どのようなことですか。

問 2

毎回勝つ確率が 0.6 のゲームを2回続けて行います。各回の勝敗が独立であるとき、2回とも勝つ確率はどれですか。

問 3

P(A)=0.5 P(A) = 0.5 、P(B)=0.4 P(B) = 0.4 、P(A∪B)=0.7 P(A \cup B) = 0.7 のとき、事象 A と B の関係として最も適切なものはどれですか。

問 4

箱に入った20個の製品のうち3個が不良品です。この箱から戻さずに2個続けて取り出すとき、1個目と2個目の取り出しについて正しい説明はどれですか。