2005 年度 基礎数学ワークブック番外編「確率分布」 − 41 − < 乱歩の極限 > 前ページの乱歩 Sn = n X k=1 2 Xk に対し、X1 , X2 , · · · , Xn は独立で同分布な確率変数で E[Xk ] = 0, E[(Xk ) ] = 1 より、 2 E[Sn ] = 0 , E[Sn ] = n が成り立つ。さらに次の定理が成り立つ。 定理 17 任意の正数 C > 0 に対し、次の極限式が成立する。 (1) lim P (|Sn | 5 C) = 0 n→∞ (2) lim P (|Sn | 5 C · n) = 1 (大数の法則) n→∞ √ (3) lim P (|Sn | 5 C n) = n→∞ Z C −C x2 1 √ e− 2 dx 2π (中心極限定理) (証明) (1) 略 (2) チェビシェフの不等式より 1 1 P (|Sn | = C · n) 5 2 2 E[Sn2 ] = 2 −→ 0 (n → ∞) C n C n S n (3) Sn の標準化は Sn∗ = √ で、中心極限定理より n Z C √ x2 1 ∗ − − − − → √ e− 2 dx P (|Sn | 5 C n) = P (|Sn | 5 C) (n→∞) 2π −C (証明終) [系] t > 0 とする。極限式 Snt lim P (a < √ < b) = n→∞ n Z b a √ 1 − x2 e 2t dx 2πt が任意の定数 a, b(a < b) に対し成立する。 問 中心極限定理を用いて系を証明せよ。
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