栗まんじゅうが5分に1回分裂することはよく知られていますね。しかし、私はある疑問を抱きました。
「本当に分裂の間隔は5分なのだろうか?栗まんじゅうはどうやって5分を計っているのだろうか?」
自然界において、似たような現象に放射性物質の崩壊があります。こちらは物質ごとに半分になるまでの時間である半減期が存在しますが、半減期を迎えるごとに一斉に半分になるのではなく、各原子が確率的に崩壊することで、全体でみると半減期の時間がたった時に物質の量が半分になります。
もしそうなら、栗まんじゅうも確率的に分裂し、その「倍増期」が5分であると考えるのが妥当ではないでしょうか。
この記事では、確率的に増殖する栗まんじゅうを考えます。
栗まんじゅうは微小時間ごとにその時間に比例する確率で分裂を行うものとします。また、そのときの比例定数は、十分に多い数の栗まんじゅうを集めた場合に平均して5分ごとに2倍になるように設定するとします。このとき、以下の問題が考えられます。
栗まんじゅうが有限の時間に無限個に増殖する確率は
栗まんじゅうの個数が発散すると数学的にいろいろと不都合が生じるので、これはまさしく問題ですね。
いきなり連続的な時間を考えるのは大変なので、離散的なケースを考えましょう。
すなわち、各栗まんじゅうが、1tickごとに確率
また、1個の栗まんじゅうが
1個の栗まんじゅうが
よって、
実験してみましょう。
(ところで
数値を並べてもわかりにくいので、平均と分散を求めてみましょう。
期待値が1tickごとに
一般に、分裂する確率が
ということは、分裂する確率を
ここまでの話を連続関数に移動させましょう。簡単のため、時間
時間
明らかに
「時刻
正確に時刻
最初の栗まんじゅうが時刻
分裂した栗まんじゅうが残りの時間分裂しない確率は、「
よって、全体での確率は
となります。全体として
また、この確率は
「最初の栗まんじゅうが分裂し、さらに分裂したうちの片方だけが分裂する」というシナリオが考えられます。
最初の栗まんじゅうが時刻
分裂した栗まんじゅうについて、
これらを全てかけ合わせて、求める確率は
ですね。
.
.
.
ごめんなさい、騙しました。
どちらの栗まんじゅうが分裂するかを考慮する必要があります。確率の計算間違いあるあるですね。
では気を取り直して、積分を計算していきましょう。
シナリオが複数出てきて計算がしんどいです。誰か解いてください
でも、なんとなく
裏・栗まんじゅう問題が解決する日は来るのだろうか・・・
そのうち少しずつ計算を足すかもしれません。
この連続栗まんじゅうの確率分布に何か名前付いてますか
もしなければ今後これに関する別の記事を書くときのために栗まんじゅうの分裂に関するなゆ分布と呼ぶことにします
また1個の栗まんじゅうが分裂するまでの時間を一般の確率分布にしたものを栗まんじゅうの分裂に関する一般なゆ分布と呼ぶことにします
だって、上位互換の名前を他の人に取られたら嫌じゃないですか