같은 네 카드라도 번호 배정이 바뀌면 독립도 달라진다

같은 네 카드의 번호 배정을 바꾸면 개별 확률이 유지되어도 독립 여부가 달라진다.

파란 뒷면만 보이는 카드 묶음

사진: Christian Gidlöf · Public domain · 원본 출처

J∈{1,2,3,4,5,6,7,8},P(J=j)=18.J\in\{1,2,3,4,5,6,7,8\},\qquad P(J=j)=\frac18.

카드 A는 빨강 삼각형, B는 빨강 원, C는 파랑 삼각형, D는 파랑 원이다. 고른 번호에 따라 다음 카드 하나를 받는다.

번호 1 2 3 4 5 6 7 8
규칙 U A A B B C C D D
규칙 V A A A B C D D D

R은 빨강, T는 삼각형 카드인 사건이다. 두 규칙에서 R,T가 독립인지 판단하라.

두 규칙 모두 P(R)=P(T)=1/2이다. 하지만 R∩T는 A를 받은 경우이므로

PU(R∩T)=14=PU(R)PU(T),PV(R∩T)=38≠14.P_U(R\cap T)=\frac14=P_U(R)P_U(T),\qquad P_V(R\cap T)=\frac38\ne\frac14.

U에서는 독립이고 V에서는 아니다. 조건부확률 P(T|R)도 각각 1/2,3/4다. 네 카드의 종류는 같아도 카드마다 배정된 번호 수가 달라지면 확률이 달라진다.

“카드가 네 개니까 각각 1/4”라는 답에는 무엇을 같은 확률로 골랐는지 묻는다. 이번에 같은 확률로 고른 것은 카드가 아니라 여덟 번호다. 번호 배정 표를 확률 계산 앞에 남긴다.

출처·착안: Jo Morgan, 「5 Maths Gems #21」. 문항과 풀이는 새로 작성했다.