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こうやって教えてほしかったシリーズ①

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はじめに

学部の1年がやる程度の統計学の公式を,ある程度級数や組み合わせ論の知識を持つ人に向けた解法で証明する.
以下の諸定義に注意せよ.

  1. k,nN+
  2. 1(n)!:=0
  3. p+q=1(0<p,q<1)
  4. 降冪(x)n
  5. 昇冪:[x]n
  6. 第二種スターリング数:{ni}
  7. 確率変数X=iなる確率:P(X=i)
  8. 期待値:E[X]:iIiP(X=i)
  9. 分散:V[X]:=E[(XE[X])2]=E[X2]E[X]2

準備

モーメントE[Xk]

モーメントE[Xk]

E[Xk]=j=0k{kj}E[(X)j]

E[Xk]=iIikP(X=i)=iIj=0k{kj}(i)jP(X=i)=j=0k{kj}iI(i)jP(X=i)=j=0k{kj}E[(X)j]

二項分布

確率

P(X=i):=(ni)piqni

E[(X)k]

E[(X)k]=(n)kpk

E[(X)k]=i=0n(i)k(ni)piqni=i=0n(n)k(nkik)piqni=(n)kpki=0n(nkik)pikq(nk)(ik)=(n)kpk(p+q)nk=(n)kpk.

期待値と分散

E[X]=np,V[X]=npq

E[X]=(n)1p1=np.

E[X2]=E[(X)2]+E[X]=n(n1)p2+np=(np)2+npq

V[X]=(np)2+npq(np)2=npq.

一応モーメントも載せておく.

モーメント

E[Xk]=j=0k{kj}(n)jpj

E[Xk]=j=0k{kj}E[(X)j]=j=0k{kj}(n)jpj

Poisson分布

確率

P(X=i):=λii!eλ

E[(X)k]

E[(X)k]=λk

E[(X)k]=i=0(i)kλii!eλ=λkeλi=0λik(ik)!=λkeλeλ=λk.

期待値と分散

E[X]=λ,V[X]=λ

E[X]=λ1=λ.

E[X2]=E[(X)2]+E[X]=λ2+λ

V[X]=λ2+λλ2=λ.

一応モーメントも載せておく.

モーメント

E[Xk]=j=0k{kj}λj

E[Xk]=j=0k{kj}E[(X)j]=j=0k{kj}λj

幾何分布

確率

P(X=i):=pqi1

E[(X)k]

E[(X)k]=k!qk1pk

E[(X)k]=i=0(i)kpqi1=pqk1k!i=0(k+(ik))!(ik)!k!qik=pqk1k!i=0[k+1]ik(ik)!qik=pqk1k!(1q)k+1=k!qk1pk

期待値と分散

E[X]=1p,V[X]=qp2

E[X]=1!q0p1=1p.

E[X2]=E[(X)2]+E[X]=2qp2+1p

V[X]=2qp2+1p1p2=qp2.

一応モーメントも載せておく.

モーメント

E[Xk]=j=0k{kj}j!qj1pj

E[Xk]=j=0k{kj}E[(X)j]=j=0k{kj}j!qj1pj

投稿日:202483
更新日:202483
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投稿者

東北大学工学研究科出身 できるだけ受け売りはせず,自分で思いついた解法や妄想を備忘録がてら書き綴っていこうと思います.

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