남긴 주사위 기록의 모양에 따라 독립이 유지되기도 한다

공정한 주사위의 독립인 두 눈에서 X≤3·Y≥4만 남기면9개 조합 안에서도 독립입니다. X+Y=7만 남기면 첫 눈이 둘째를 정해 독립이 아닙니다. 기록 삭제 자체보다 남은 행·열의 모든 조합이 있는지 확인합니다.

흰 바탕에 놓인 빨간 정육면체 주사위 다섯 개

사진: PierreSelim · CC BY 3.0 · 원본 출처

X,Y:공정한 주사위를 독립적으로 두 번 던진 눈.X,Y:\text{공정한 주사위를 독립적으로 두 번 던진 눈}.

기록을 조건가 X≤3이고 Y≥4인 경우만 남긴다. 조건나 X+Y=7인 경우만 남긴다. 남긴 기록 안에서도 두 눈이 독립인지 비교하라.

조건가에서는 {1,2,3}×{4,5,6}의9개 기록이 같은 확률이다. 첫째 눈1인 확률1/3, 둘째 눈6인 확률1/3이며 두 조건을 모두 만족할 확률1/9다. 다른 눈 쌍에서도 같은 곱 조건이 맞아 독립이 유지된다.

조건나에서는(1,6),…,(6,1)의6개 기록이 같은 확률이다.

P(X=1∣X+Y=7)=P(Y=6∣X+Y=7)=16,P(X=1\mid X+Y=7)=P(Y=6\mid X+Y=7)=\frac16,
P(X=1,Y=6∣X+Y=7)=16≠136.P(X=1,Y=6\mid X+Y=7)=\frac16\ne\frac1{36}.

따라서 조건나에서는 독립이 아니다. 첫째 눈을 알면 둘째 눈이 정해진다.

삭제했다고 언제나 같은 결론은 아니다

조건가는 첫째 눈의 범위와 둘째 눈의 범위를 따로 제한한다. 남은 세 행과 세 열 사이의 모든 조합이 존재한다. 조건나는 두 눈의 합을 함께 사용하여 대각선 기록만 남긴다.

두 경우 모두 기록을 삭제했지만 독립 여부가 다르다. “처음 시행이 독립이라 남은 기록도 독립”과 “조건을 붙였으니 언제나 종속”은 모두 맞지 않는다. 남은 표에서 각 눈 쌍의 확률을 다시 확인해야 한다.

수업 표에는 조건을 만족하지 않는 칸을 먼저 지운다. 그다음 남은 기록 수를 분모로 쓰고, 한 행·열의 비율과 교점 칸의 비율을 비교한다. 첫째 경우는 한 쌍만 검사해 끝내지 않고 모든 남은 조합이 같은 구조라는 설명을 남긴다.

출처·착안: Paul Rowlandson, 「Thinking About Probability Trees」. 문항과 예시 답안은 새로 작성했다.