2項 分布 とポ ア ソン分布 4-1 2項 分 布 1回 の試行 で あ る事 象 の起 こる確 率 を 夕 とす る。π回の独 立 試 2項 分布 行 で この事象 の起 こる回数 χ の確率分布 は ″ P(χ =∬ )=η C″ 夕″ση (∬ =0,1,2,… 0,η ;σ =1 沙 ) で与 え られ る。この分布 を 2項 分布 といい,記 号 B(η ,夕 )で 表 す。ここで,η C″ は 2事 郵系勢t=C,η C″ =石 戸てチ生石両T で ある.χ が 2項 分布 B(π ,夕 ) に従 う ことを χ ∼ B(π ,夕 ) 0。 4 0。 3 0。 2 0。 1 π =10 p=0.5 /′ ′` ′ `` ` ■、 と書 く.2項 分布 は表 の形 で 示す と次 の ようにな る . 2 nbqn-' C2夕 η 2α ・… -2 。… η ″ η″ C″ 夕 α η ・・・ 表 のなかの各確率 は 2項 展 開 η ″1+η C2夕 η2+.… +夕 η (α +夕 )″ =σ +η Cl夕 α α の各項 で ある . 2項 分布 の平均 と分 散 p- np o": npq 51. η 夕 計 1 r01 q' P(X - x) 4 2項 分布 とポアソ ン分布 52 2項 分布 のモー ド (i)(η +1)夕 が 整数 な らば,モ ー ドは (2+1)夕 と (π +1)タ ー1の 2つ 。 (ii)(π +1)夕 が整 数 でないな らば,モ ー ドは (π 4-2 +1)夕 を超 えな い最大 の整 数値 。 ポ ア ソ ン分 布 χ の確率分布 が ポ ア ソ ン分 布 ズ χ =か 争 し =QLa… → で与 えられるとき,こ の分布 を母数 スのポアソン分布 とい う。πが十分大 き く , 夕は非常 に小 さ く,2夕 =ス の ときの 2項 分布 は母数 スのポアソン分布 で近似 さ れる。ポアソン分布 はまた,時 間 または空間内でラ ンダムに起 こる現象の単位 時間 または単位体積 内 での生 起数 に対 す る理論分布 として使 われ る。 た とえば,あ る物質 が単位 時間内 に放 出す る放射性粒子 の数 や ,電 、 、 6 ヽ ヽ 〓ヽ ヽ ︶ ヽ λ 話交換機 が単位 時間 に受 ける電話 の呼 出 し数 な どはポア ソン分布 に 従 う。 ポ ア ソン分布 の平均 と分 散 μ=ス ポア ソン分布 σ2=ス 2項 分布 のポ ア ソン分布 に よ る近 似 2項 分布 B(π ,夕 )が ポ ア ソ ン分 布 で 近似 で きるための一般的条件 は π>50, そ の他 の 重要 な離散 型確 率分布 離散 型― 様分 布 η ● ンフ , < < 様 で与 え られ る とき “枷 ¨ 4-3 多夕≦5 53 題 例 離散 型一様 分 布 の 平 均 と分 散 P(X=χ )│ π+1 μ= 2 ♂ =午 1 2 3 4 -様 分布 χ の 確 率 分布 が 幾何 分 布 ・¨ π-1 P(χ =″ )=夕 (1-夕 )κ 1 =1,2,…・ ;0≦ 夕<1) (″ で 与 え られ る とき , この 分布 を幾何 分 布 とい う。 0.4 幾何 分 布 の 平 均 と分 散 0.3 1 μ=丁 g牲 0。 2 0。 1 デ 2 3 4 5 6 ρ=0.4の 幾何分布 例 題 (2項 分布 の応用 ) あ る機械 が 作 る部 品 の 20%は 不 良品 で あ る。この機械 で作 られ た 部 品 を無作 為 に 8個 とる とき,そ の 中 に (a)2個 の不良品が含 まれ る (b)高 々 1個 の不良品が含 まれ る (C)少 な くとも 3個 の不良品が含 まれ る , , 確率 を求 め よ。 解 8個 の 部 品 の なか の不 良 品 の 数 を χ とす る と,Xは π=8,夕 =0.2の 2項 分布 P(X=χ )=8C″ (0.2)″ (0.8)8-″ (″ =0,1,2,… に従 う.よ って (a)P(χ (b)P(χ =2)≡ P(2)=8C2(0。 2)2(0.8)6=0。 294 ≦1)=P(0)+P(1) =(0◆ 8)8+8(0.2)(0。 8)7=0。 382 (C)P(χ ≧3)=1-沙 (0)一 P(1)― P(2)=0。 324 0,8) 4 2項 分布 とポアソン分布 (2項 分布 の平均 と分 散 ) χ は 2項 分布 B(π ,0.8)に 従 い , P(X=4)=5P(χ =3) で あ る。この 2項 分布 の平均 と分 散 を求 め よ . 解 χ ∼ B(π ,0。 8)よ り P(X=χ それ ゆ え )=η Cr(0.8)″ (0.2)η ″ (″ =0,1,2,… 0,π ) , P(χ =4)=η C4(0・ 8)4(0.2)η 4 P(X=3)=η C3(0・ 8)3(0◆ 2)η 3 与 え られ た 関係 よ り η 5=景 華参 =‐ 7上 × 器=π -3 3!(η ! ∴π =8 -3)! よ っ て ,2項 分 布 の 平 均 と分 散 の 公 式 か ら E(χ )=2夕 =8× 0。 7(χ )=の α=8× 8=6。 4 0。 8× 0.2=1。 28 (2項 分布 の平均 と分 散 ) 2項 分布 B(2,夕 )と B(3,夕 )の 平均 と分散 を,公 式 か らで な く,直 接計算 によって導 け。 解 2項 分布 B(2,夕 )の 各確 率 は (α 十夕)2=α 2+2夕 σ+夕 2 の 各項 で あ るか ら,3(2,夕 )は 0 ∬ 1 2 2夕 P(χ =″ ) α 2 2 α 夕 と書 け る.ゆ え に,こ の分 布 の平 均 と分 散 は E(χ )=0× α2+1× 2夕 α+2× 2=2夕 夕 (α +夕 )=2タ 7(ス つ=E(χ 2)_{E(χ )}2 2+12× =02× α 2夕 α+22× 2_(2夕 夕 )2=2夕 σ (° .・ 夕+α =1) 例 題 同様 に ,2項 分布 B(3,夕 )の 各確 率 は 3+3夕 2+3沙 2α +夕 3 (α 十夕)3=σ α の 各項 で あ るか ら,3(3,夕 )は 0 ″ P(χ =″ と書 け る。よって E(Jχ ) 1 2 3 3 3夕 2 3夕 2α α α 3 沙 , 3+1× )=0× α 3ク α+2× 3夕 2α +3× 夕3 =3夕 (α 2+2夕 α+夕 2)=3夕 (α 十夕)2=3p 7(ス っ=02× α3+12× 3夕 α+22× 3夕 2α +32× 夕3_(3夕 =3夕 α(σ +4夕 )-9夕 2(1_沙 )2 ) 2α =3夕 α(α +沙 +3夕 )-9夕 =3pα [注 ]同 様 な計 算 に よって ,2項 分布 B(4,夕 )の 平均 と分 散 は ,4夕 と 4夕 α とな る こ と も簡 単 に 示 され る。これ ら よ り,一 般 の 2項 分 布 B(η ,夕 )の 平 均 と分 散 は π夕 と π夕α とな る こ とが 類 推 され る。 (2項 分 布 の応 用 ) あ る商 品 のセ ール スマ ンの 基本給 は月 10万 円 で ,商 品 1個 売 る ご とに 歩合 5000円 が もらえる。セール スマ ンは毎 月 100軒 の 家 を訪 門 し,彼 の 訪 れた家が この商 品 を買 う確 率 は 0.2で あ る とす る。1人 のセ ール スマ ン の 月間販売量 の平均 と分 散 を求 め よ。また,セ ール スマ ンの 月間収 入 の平 均 と分散 を求 め よ。 解 セ ール ス マ ンの 毎 月 の販 売 量 を χ とす る と,Xは π=100,夕 =0.2の 2 項 分布 に従 う確 率 変 数 で あ る。よ って , E(χ )=2夕 =100× 0.2=20 7(χ )=π 夕σ=100× セ ール スマ ンの 毎 月 の 収 入 を ゆ えに 0.2× 0。 8=16 yと す る と y=10+0.5χ , E(y)=10+0.5E(X)=10+0。 5× 20=20(万 円 7(y)=(0.5)27(χ )=0。 25× 16=4(万 円 ) ) 4 2項 分布 とポアソ ン分布 (2項 分布 の応用 ) あ る集 団 には左 ききの人 が 10%い る とい われ て い る.こ の集 団 か ら π 人 を選 んで左 ききか否 か を調 べ ,そ の 中 の少 な くとも 1人 が左 ききで あ る 確率 を 0.95以 上 にす るには,少 な くとも何人 を選 ばね ばな らな いか . η人 中 の左 ききの数 を χ とす る と 解 χ ∼ B(π ,0。 10) 与 え られ た条 件 か ら P(χ ≧ 1)=1-(0.9)η ≧ 95 0。 よ って , (0.9)″ %三 :」 ゆ え に ,29人 以 上 ≦ 0。 05 場晃島浅昇=28。 4 . (抜 取検査 ) あ る検査法 は,非 常 に大 きい仕切 りか ら無 作為 に 8個 の標本 を とり,そ の 中 の不良品の数が 2個 以上 の ときは仕切 りを不合格 とし,不 良品の数 が 0の ときは合格 とす る。もし不 良品 の数 が 1個 の ときは,仕 切 りか らさ ら に 5個 の標本 を と り,そ の 中 に不良品が な けれ ば合格 ,少 な くとも 1個 あ る ときは不合格 とす る。 仕切 り不良率が 10%の とき,次 の確率 を求 め よ。 (a)第 1回 の標本 で仕切 りが合格 とな る。 (b)第 2回 の標本 で仕切 りが合格 とな る。 (C)こ の検査法 で仕切 りが合格 とな る。 解 χ を第 1回 の標本 での不 良品 の数 とし,yを 第 2回 の標 本 での 不 良 品 の数 とす る。仕切 りは十分大 きい と仮定 して い るか ら , χ は近似 的 に 2項 分布 3(8,0.1)に 従 い , yは 近似 的 に 2項 分布 B(5,0.1)に 従 う . すなわ ち , P(χ =″ )=8C″ (0.1)″ (0.9)8-″ (″ =0,1,2,… P(y=y)=5Cy(0。 1)y(0◆ 9)5-y (y=0,1,2,… 0,8) 0,5) 例 題 57 よ って (a)P(第 1回 の標 本 で 仕切 りが合格 ) =P(χ =0)=(0.9)8=0.430 (b)P(第 2回 の標 本 で 仕切 りが合格 ) =P(χ =1)P(y=0) (χ =8(0.1)(0。 9)7× (C)P(仕 と yは 独 立 で あ るか ら ) (0.9)5=0.226 切 りが合 格 ) =P(第 1回 で仕 切 りが合 格 )+P(第 2回 で 仕 切 りが合 格 ) =0.430+0.226=0。 656 17り 疋己 ′ ヽ不 /ソ ンガ のル f17の 分布 応 さ用 用ノ ) リん ごを 250個 ず つ箱 に詰 める。箱詰 め された りん ごは平均 して 0。 8% が腐 る とい う。箱詰 め りん ご 1箱 をあ けた とき,腐 った りん ごが 3個 以上 見 出 され る確率 を求 め よ。 解 1箱 中 の腐 った りん ごの 数 を χ とす る と,Xは η=250,沙 =0.008の 2 項分布 に従 う。この 2項 分布 は πが 50よ り大 き く,夕 は非常 に小 さ く,ス =″ =250× 0。 008=2≦ 5で あるか ら,ス =2の ポア ソン分布 庫 =→ =午 ,レ 載L和 で 近 似 で きる。よ って ,求 め る確 率 は P(χ ≧3)=1-P(0)一 P(1)一 P(2) =1_θ -2_2θ =1-5θ …1フ リ 蔵 0 2=0。 2_2θ 2 32 不 /ソ ン分 f13の ヽ 布 のル 応 さ用リ 用) A駅 の 売 店 で の あ る 月刊 雑 誌 の販 売 数 は 平 均 2冊 の ポ ア ソ ン分 布 に 従 う.売 店 で は毎 月 この 雑 誌 を 3冊 仕 入 れ て い る。 (a)こ (b)こ (C)こ の 店 が あ る 月 ,客 の 需 要 を満 たせ な くな る確 率 を求 め よ . の店 で この雑誌が 1月 当た りに売れる平均販 売数 を求めよ。 の店 が毎月の雑誌の需要 を満たす確率 を少な くとも0.95に す るには毎月最低何冊 を仕入れねばならないか。 4 2項 分布 とポアソ ン分布 58 この店 の毎 月 の雑誌販売数 を Xと す る と 解 ttL" 庫 =→ =γ (a)客 の需 要 が 満 たせ な い の は ,X≧ 4の ときだ か ら P(χ ≧4)=1-P(χ ≦3) =1-P(0)一 P(1)一 P(2)一 P(3) =1_θ -2_2θ 2_2θ 2_Ttt。 2 =1-≒ ;θ -2二 =0.14 (b)こ (C)求 の ポ ア ソ ン分布 の平 均 は 2だ か ら,2冊 . め る冊 数 を π とす る と P(X≦ π)≧ 0。 95 -2△ 095 θ チ≧ ≧ ムチ・ 01 ν一 メ 〓 , ηΣ ﹁ ん こ こで とお くと , /3=6。 3, ょって,π ≧ 5。 例題 /4=7, /5=7.2 最低 5冊 仕入れねばならない。 9 (ポ アソン分布 の応用 ) l mJ あ る溶 液 は l mJ当 た り平 均 3個 の バ クテ リア を含 む◆この 溶 液 の確 率 を求 め 中 の バ クテ リアの数 はポア ソ ン分布 に従 う と仮 定 して ,次 よ。 (a)l mJの 標 本 を とる とき,そ の なか に 5個 以上 の バ クテ リアが含 まれ る。 (b)l mJず つ 2個 の標 本 を とる とき,ど ち ら もその なか にバ クテ リ い ア を含 まな い。 (C)l mJず つ 3個 の標 本 を とる とき,3個 の うち 2個 が 少 な くとも 1 個 のバ クテ リア を含 む 解 . この溶液 l mJ中 の バ クテ リアの数 を Xと す る と,Xは ス=3の ポア ソ ン分布 に従 うか ら 例 題 庫 =→ =子 よって 回 L和 , (a)P(χ ≧5)=1-P(0)一 P(1)一 P(2)一 P(3)― P(4) 3_÷ -3_÷ -3_子 =1_里 Oe185 (b) [P(0)]2=θ -6≒ (C)lmノ θ θ θ =1_θ -3_3θ 0。 -3≒ θ -3 002 の 標 本 が 少 な く と も 1個 の バ ク テ リア を含 む 確 率 は P(χ ≧ 1) で P(χ ≧1)=1-P(0)=1-θ 3≒ 0.95 よ って ,3個 の 標 本 の うち 2個 が 少 な くと も 1個 の バ クテ リア を含 む確 率 は 3C2(0.95)2(0。 05)≒ 0。 135 17販 已 IU Z・ LH例 の)不 ンだ ソ〕 /ソ 晰13σ 分布 ポア (2項 ヽ =1以 ノ 大都市 では平均 80人 に 1人 が α型 の血 液 を もつ とい う . (a)無 作為 に 200人 の血 液提供者 を選 ぶ とき,そ の 中 に α型 の血 液 の 人が少 な くとも 4人 含 まれ る確率 を求 め よ。 (b)α 型 の血 液提供者 をその中に少 な くとも 1人 含 む確率 を 0.9以 上 にす るには何人 を選 ばね ばな らな いか 。 解 200人 中血液 が α型 の人 の数 を χ とす る と χ∼ B(200,奇 ) , (a)P(χ ≧ 4)=1-P(0)一 P(1)一 P(2)一 P(3) =1_2-2.5_2が 5_ ≒0。 24 _ 〓 で近似できる。よって × し =QLa… → 0 1 一 8 ズ χ =か 〓 , 5は 5よ り小 さいか ら,ス =2.5の ポア ソン分布 タ π 〓 ス この 2項 分布 は,η =200が 大 き く,夕 =奇 は十 分小 さ く 2。 4 2項 分布 とポアソン分布 60 (b)χ ∼3(π ,奇 題意 よ り )・ P(χ ≧ 1)≧ 0。 9 1-P(X=0)≧ ({:)″ ≦ 001 ≒ 183。 %:≧ よ っ て ,184人 以 上 ― ソ憫邑 ■1 不 ヽ 0.9 1 . のノヨ はめ リノ tほ /ソ ノ例晰 分布 当て ) ll υ 次 の表 は,高 速 道路 の あ る地 点 で観 測 した車 の 交通 量 の 度 数 分布 で あ る . 車 の数 (10秒 間 ごとの) 観測度数 0 1 2 3 4 68 81 38 9 4 計 200 デー タか ら平均 と分散 を求 め よ.こ の分布 にポア ソン分 布 を当て はめた と きの理論度数 を求 め よ . 解 度数分布 か ら,車 の数 の平 均 と分 散 を求 め る と =1 ∬= _12=0。 89 s2= 平均 と分散 はほぼ等 しい ので ,車 の交通量 の分布 は近 似 的 にポア ソン分布 に従 う ことが 示唆 され る。 平均 ″ は スの推 定値 を与 え るか ら,こ の デー タ に 当 て はめ るポ ア ソ ン分布 は 庫 =ル チ け=QLZ… → , 理論度数 は これ ら確率 に 200を か けて求 める。 :≒ 「 土‐ 74, 200× 」 200× 二 12, 200× 」 ::L≒ 200× る よ って , ::L圭 」 ::L圭 平74, 平 3 200× 二 ちlL圭 平37, 例 題 0 68 74 車 の数 観測度数 理論度数 [注 ]ポ 1 2 3 4 計 81 38 9 4 200 74 37 12 3 200 ア ソン分布のデー タヘ の当ては まりが良 いか否 かは,通 常 カイ 2乗 検定 によって なされ る (9章 カイ 2乗 検定を参照 ). 例題 12 (離 散型一様分布 ) 乱 数表 か ら無 作 為 に選 んだ 2個 の 乱 数 をχ ,yと す る とき (a)χ +y (b)4X-3y の 平 均 と分 散 を求 め よ。 解 Xの 確率分布 は P(X=χ )=士 で あ るか ら,そ の平 均 と分 散 は 7(χ )=02× 一2 9(9+1)= +2× 鼻+…・ +9× 共=共 × 年+1× 鼻 士 10 10 10 10 9 E(χ )=0× 寺+12× 士+22× 士+..。 +92× 士_(=)2 =士 ×≦型 量 子 堕 二 L_キ =器 yは χ と同じ確率分布をもつか ら 9 7(χ )= 7(y)= よ って 3 4 3 一 2 一 E(χ )=E(y)= , (a) E(χ +y)=E(χ )+E(y)=9 7(χ +y)=7(χ )+7(y) (χ と yは 独 立 で あ るか ら =器 +器 =器 -3E(y)=÷ (b)E(4χ -3y)=4E(ス つ /“ χ-3y)=“ 7α 卜94y)=25× 器=等 ) 4 2項 分布 とポアソ ン分布 62 (幾 何 分 布 の応 用 ) あ る射 撃手 の標 的 へ の命 中率 は 0。 6で ある.こ の射撃手 が 標 的 に命 中す る まで弾 丸 を射 つ とき,射 つた 弾 丸 の数 の平 均 と標 準偏 差 を求 め よ。ま た , (a)射 撃手 が標的 に命 中す るまで に少 な くとも 4発 を射 たね ばな らな い確率 を求 め よ。 (b)射 撃手 が標的 を命 中 させ るの に π発 を必要 とす る確 率 が 0。 99以 上 にな る最小 の πを求 め よ。 解 標 的 を最初 に命 中 させ るまでの弾丸 の数 を χ とす る と,Xは 夕=0。 6の 幾何分布 に従 うか ら P(χ =χ )=0.6× (0.4)χ 1 (″ =1,2,3,… 幾何分布 の平均 と分 散 の公式 よ り =÷ =轟 ≒ μ ・67 眺 上 σ =厚 =√評 ≒ (a)P(χ ≧4)=1-P(χ ≦3) =1-P(1)一 P(2)― P(3) =1-0.6-0.24-0。 096 =0。 064 (b)P(χ ≦π)≧ 0.99 を満 た す最 小 の π を求 めね ばな らな い。 P(χ ≦ π)=1-P(χ ≧π+1) =1-Σ O.6(0.4)″ =1-0.4η だか ら 1--0。 4η π≧」 二 ≧0.99 ≒5.03 :亀 烏£許 よって ,最 低 6発 が必要 . 1 0) 4章 の問題 a000が000 < 4.1 4章 の問題 1 次 の確率 を求 め よ。 1 1 2 次 の値 を求 め よ . P (b) P P 4.2 2項 分布 の平 均 が 16で ,分 散 が 3。 2の とき,こ の 2項 分布 の π と タ を求 め よ。また ,こ の 2項 分布 の モー ドを求 め よ . 4。 3 男 が生 まれ る確率 は ÷ で ある として,5人 の 子供 を もつ家族 で 次 の 事 象 の起 こる確率 を求 め よ。 (a)5人 の うち,少 な くとも 4人 が男 で あ る。 (b)男 と女 が少 な くとも 1人 は含 まれ る (C)5人 とも性別 が 同 じで あ る。 (d)上 2人 が女 で下 3人 は男 で ある。 . 4。 4 あ る多肢選択型試験 は問題 が全 部 で 10間 あ つて ,各 問題 は 1つ の正 答 を含 む 4つ の選 択肢 か らな る.あ る受 験生 が各問題 ご とに答 を無作 為 に選 ぶ とき,高 々 2個 の正 答 を得 る確率 を求 め よ。 4。 5 サ イ コロ を何 回 か 投 げて,6の 目が 少 な くとも 1回 出 る確 率 を 0。 95 以上 にす るには,何 回の投 げが必要 か。 6 Aは Aが Bよ (C) と (b) ″ 8. (a) , りお もて を多 く出す確率 を求 め よ。 17 標 4.7 3個 の硬 貨 を投 げ,同 時 に Bは 4個 の硬 貨 を投 げ る.そ の とき レ嚇 4。 う とき,次 の値 を求 め よ lσ . . 64 4。 4 2項 8 2項 分布 B(π ,夕 )の モー ドは,(η +1)夕 分布 とポアソン分布 が整 数 でないな らば (η +1)タ を超 えな い最大 の整 数 で ,(π +1)夕 が整 数 な らば (η +1)夕 と (π +1)タ ー1の 2 つで ある ことを示せ 4。 . 9 600頁 のある本 には 300個 の誤字 が あ って,こ れ らは本 全体 にラ ンダ ム に分布 して い る.こ の本 の任 意 の 1頁 が (a)2個 の誤字 , (b)少 な くとも 2個 の誤 字 を含 む確率 を求 め よ。 4。 1。 10 あ る都 市 にお ける 1日 当た りの交通 事 故 に よ る死 者 の 数 は,平 均 8人 のポア ソン分布 に従 うとい う.こ の とき次 を求 め よ . (a)こ の都市 の ある 日の交通事故 による死者 の数 が 3人 を超 える確率 (b)こ の都市 の ある日の交通事故 による死者 の数 が 0人 であ る確率 . . 4.11 月曜 日 1時 限 の講 義 に遅刻 す る学生 の数 は,平 均 1.2人 の ポア ソン 分布 に従 う。次 の確率 を求 めよ。 (a)あ (b)あ 4。 12 る週 ,3人 の学生 が講義 に遅刻 す る . る週 ,高 々 1人 の学生 が講 義 に遅刻 す る . 確率変数 Xが ポア ソン分布 に従 い P(X=3)=5P(X=5) , な る関係 を満 たす とき,次 の値 を求 めよ . (a)P(χ =1) (b)P(χ 4.13 ≦3) ある小 さなハ イヤ ー会社 には 5台 の車 が あ る.こ の会 社 には平 日は 平均 して 2台 の 需要 が あ り,週 末 には平均 して 3台 の 需要 が あ る.車 の 申込 み は 1日 単位 で行 われ る として,こ の会 社 が次 の とき客 の 申込 み を断 らね ばな ら な くな る確 率 を求 め よ。 (a)月 曜 日 (b)週 4。 14 末 . ある機械 が作 る レ ンズは平均 られた 100個 の レンズ の 中 に (a)欠 陥品 が高 々 1個 含 まれ る (b)欠 陥品 が 4個 以上含 まれ る , 確率 を求 め よ . 1。 5%が 欠陥品 で あ る。この機械 で作
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