domingo, 1 de enero de 2017

La independencia condicional de sucesos y la paradoja de Simpson (II)

Teorema II.1.- En las condiciones da la Definición I.0 dos sucesos A y B pueden ser condicionalmente independientes a C y no ser independientes.

Demostración.- Consideremos una población compuesta de dos urnas, I y II (consideradas como subpoblaciones), con la siguiente composición:

Urna I: 2/3 de bolas negras, de las cuales 1/4 están marcadas (con un punto blanco, por ejemplo); 1/3 de bolas blancas, de las cuales 1/4 están marcadas (con un punto negro, por ejemplo).
Urna II: 1/2 de bolas negras, de las cuales 1/10 están marcadas; 1/2 de bolas blancas, de las cuales 1/10 están marcadas.

Se selecciona una urna al azar (probabilidad 1/2, para cada urna), y de ella se extrae al azar una bola (todas con igual probabilidad), observando su color y si está marcada.
Sean los sucesos

M: "La bola seleccionada está marcada".
B: "La bola seleccionada es blanca".
N: "La bola seleccionada es negra".

(a) Los sucesos B y M son condicionalmente independientes, tanto a la urna I como a la urna II. E igualmente ocurre con los sucesos N y M.

En efecto
ℙ(M|B∩I)=14
ℙ(M|I)=ℙ(N|I)ℙ(M|N∩I)+ℙ(B|I)ℙ(M|B∩I) =2314+1314=14

ℙ(M|B∩II)=110
ℙ(M|II)=ℙ(N|II)ℙ(M|N∩II)+ℙ(B|II)ℙ(M|B∩II)=110

De análoga manera se demuestra para los sucesos N y M.

(b) En la población I+II, el color de la bola y el estar marcada o no no son sucesos independientes.

En efecto.
ℙ(B)=1213+1212=512

ℙ(N)=1214+12110=740

ℙ(B∩M)=ℙ(I)ℙ(B∩M|I)+ℙ(II)ℙ(B∩M|II)=122314+1212110=13120

ℙ(N∩M)=ℙ(I)ℙ(B∩M|I)+ℙ(II)ℙ(N∩M|II)=122314+1212110=13120


Y como

ℙ(M|B)=ℙ(M∩B)ℙ(B)=13120512=1350

ℙ(M|N)=ℙ(M∩N)ℙ(N)=13120740=1321


y

ℙ(M)=ℙ(I)ℙ(M|I)+ℙ(II)ℙ(M|II)=1214+12110=740≠1350=ℙ(M|B)

ℙ(M)=740≠1321=ℙ(M|N)


se concluye la hipótesis (b). Q.E.D..

En cualquiera de las dos urnas, los sucesos M y B son independientes, ya que la fracción de bolas marcadas entre las bolas blancas y negras es la misma. Sin embargo, en la población constituida por las dos urnas, I+II, los sucesos M y B no son independientes.

No hay comentarios:

Publicar un comentario