確率変数の独立性

定義:確率変数の独立性 

    cf. 事象の独立性

 確率空間(probability space) 

 X:Ω→R1とする確率変数Y:Ω→R1とする確率変数、とする。

  (定義)

   XY 

    ⇔ {ωΩX (ω) A }  {ωΩY (ω) B } for A,B 

  

  (解釈)

    二つの確率変数XYについて、すべてのA,Bにたいし、

    事象X1(A)={ωΩX (ω) A }

    事象Y1 (B)={ωΩY (ω) B}とが

    独立であるとき、

    確率変数XYとは独立であるという。

  

  (定理)確率変数XYとは独立であることの必要十分条件

    XY ⇔ {ωΩX (ω) A }  {ωΩY (ω) B } for A,B 

    ⇔

    P( {ωΩX (ω) A, Y (ω) B )P( {ωΩX (ω) A } )P( {ωΩY (ω) B } )

                               for A,B 

    ⇔ PXY ( A×B )PX ( A ) PY ( B ) for A,B 

  

   証明:

    事象の独立の定義より、

       事象C事象D ⇔ P(CD)=P(C)P(D)    ()

    ここで、{ωΩX (ω) A }を事象Cとして、

         {ωΩY (ω) B }を事象Dとして、()を適用すると、

    {ωΩX (ω) A } {ωΩY (ω) B } for A,B 

    ⇔

    P( {ωΩX (ω) A } ∩ {ωΩY (ω) B } )

     =P( {ωΩX (ω) A } )・P( {ωΩY (ω) B } )

                       for A,B 

    ⇔

    PXY ( A×B )PX ( A ) PY ( B ) for A,B 

                    ∵確率分布の定義

              

    ※ 略記法

      {ωΩ aX(ω)b}は{ aXb }

      {ωΩ X (ω) B }は{ XB }

      などと略記される。

           野田・宮岡『数理統計学の基礎p15.

 

定理:

  ・確率変数XY 、

  ・g , h : R 1 R 1 :Borel可測(連続関数)

  ⇒ g ( X ) h ( Y ) 

 

 (証明)

 仮定1: XY 

 仮定2: g , h : R 1 R 1 : Borel可測 (連続関数)

 仮定3: ∀A,B

 

 W=g(X),Z=h(Y)とおく。このときW,Z確率変数となる(定理)。

 PWZ(A×B)=P( {ωΩW(ω)A, Z(ω)B} )    ∵確率分布の定義

   =P( {ωΩg(X(ω))A, h (Y(ω))B} ) ∵W= g(X),Z= h (Y)

   =P( {ωΩX(ω)g−1(A), Y(ω)h−1(B) } )

   =PXY(g−1(A)×h−1(B))    ∵仮定2,3より、g−1( A )h−1( B )

                   ゆえに、先の式は

                   Xの確率分布の定義に合致する。

   =PX (g−1(A))PY (h−1(B))   ∵仮定1より確率変数間の独立の必要十分条件を適用

   = PW(A)PZ(B)        ∵確率変数の関数の確率分布

   

     ※ 略記法

      {ωΩ aX(ω)b}は{ aXb }

      {ωΩ X (ω)B}は{ XB }

      などと略記される。

           野田・宮岡『数理統計学の基礎p15.

 

 

reference

文献1.『岩波数学辞典(第三版)』項目47C(p.128).

文献2.

文献3. 鈴木武・山田作太郎『数理統計学―基礎から学ぶデータ解析―(第二版)』内田老鶴圃、1998年、pp. 35-41

文献4. 柳川堯『統計数学』近代科学社、1990,pp.21-23.

文献5. 野田一雄・宮岡悦良『数理統計学の基礎』共立出版、1992年、pp.38-42