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定理証明済み

独立事象に対する乗法の法則(定理)

内容

2つの独立な有限かつ等確率な標本空間から作られた標本空間 Ω=Ω1×Ω2\Omega = \Omega_1 \times \Omega_2 を考え、mm と nn とする。事象 A⊆Ω1A \subseteq \Omega_1 と B⊆Ω2B \subseteq \Omega_2 に対して、A∩BA \cap B を、最初の結果が AA に属し、2番目の結果が BB に属する事象とすると、P(A∩B)=P(A)⋅P(B)P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B) が成り立つ。

なぜ正しいのか?

両方 AA と BB を独立に満たす結果を選ぶことは2段階の数え上げ過程(数え上げの乗法の法則)であるため、望ましい組の個数は各成分における望ましい結果の個数の積に等しい。

証明の概略

第1段階(数え上げの準備):∣A∣=a|A| = a とし、∣B∣=b|B| = b とする。Ω=Ω1×Ω2\Omega = \Omega_1 \times \Omega_2 の根元事象で両方の条件を満たすものは、(ω1,ω2)(\omega_1, \omega_2) を満たす組 ω1∈A\omega_1 \in A と ω2∈B\omega_2 \in B である。

第2段階(数え上げの乗法の法則を適用する):ω1\omega_1 を選ぶ方法は aa 通りあり、その選択とは独立に ω2\omega_2 を選ぶ方法は bb 通りあるので、数え上げの乗法の法則により、望ましい組は a⋅ba \cdot b 個ある。

第3段階(結果の総数で割る):標本空間全体には m⋅nm \cdot n 通りの同様に確からしい根元事象があるので、P(A∩B)=abmnP(A \cap B) = \frac{ab}{mn} が成り立つ。

第4段階(分数を因数分解する):書き直すと abmn=am⋅bn=P(A)⋅P(B)\frac{ab}{mn} = \frac{a}{m} \cdot \frac{b}{n} = P(A) \cdot P(B) となる。ここで P(A)=a/mP(A) = a/m と P(B)=b/nP(B) = b/n が古典的確率の公式によるものであり、これで主張が証明された。

この定理を使うトピック

ステップごとの証明

この定理のステップごとの証明はまだありません。

参考文献

  1. Sheldon Ross (2019). A First Course in Probability
  2. Joseph K. Blitzstein, Jessica Hwang (2019). Introduction to Probability