分布関数(一次元)

定義:確率変数Xは「連続型」、

定義:確率変数X (もしくはPX) の「確率密度関数(Probibility Density Function)

  fx: R1[0,]が存在して、

          …(1)

        for xR1  

  となるとき、

  X ( P x )を連続型確率変数

  Fを絶対連続な分布関数(→柳川p16)といい、

  f()X ( P x )の確率密度関数(pdf)という。

  

  ※

    (1)の右辺はルベーク式積分によって定義されるのだが、

    ルベーク積分の知識がないなら、

       fxの広義積分

          

       を表すと考えて差し支えない。

     (野田・宮岡『数理統計学の基礎p.22

定理: 

  1. fx(x)0 for xR1 

(ii)

  (証明)

  (i)確率密度関数の定義と、分布関数の性質から。(柳川p.16)

  (ii)

  

            ∵確率密度関数の定義 

        =1        ∵分布関数の性質   

定理:

  (i) fx の連続点xで、

     F ' X(x)=fX(x)  

  (ii)

 ※ 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.

  

  (証明)

  (i) 微積分学の基本定理から。  (柳川p16

  (ii) 

    P (a<Xb)= P ({ωΩ| aX(ω)b})=FX(b)FX(a) 

             ∵  定理: P ( {ωΩ| aX(ω)b } )=Fx(b)Fx (a) 

            ∵確率密度関数の定義

                   ∵a<b

  

例:指数分布 (exponential distribution)

        鈴木・山田『数理統計学―基礎から学ぶデータ解析―(第二版)pp. 112-113

 ・密度関数

   

   fx(x)= 0    (x0)

   

 ・グラフ  

   

   

   

 ・定理:指数分布の「無記憶性(鈴木・山田p.112)」・「記憶喪失性(統計数学pp.88-89)

  P ( X > x+h | X > x ) = P (Xh)

    for x, h0

 ※ 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.

  (解釈)

  

  

  (証明)  

  左辺:P ( X > x+h | X > x )P ( {ωΩ| X(ω) > x+h } | {ωΩ| X(ω) > x } )  (略記法から戻す)

         =P ( {ωΩ| X(ω) > x+h }{ωΩ| X(ω) > x } ) P ( {ωΩ| X(ω) > x })  

                         ∵条件付確率の定義 P(A|B) P (AB) / P(B) 

         =P ( {ωΩ| X(ω) > x+h } ) P ({ωΩ| X(ω) > x } )  

         =[1P ( {ωΩ| X(ω) > x+h } C ) ] [ P ({ωΩ| X(ω) > x } C ) ]  

                                 ∵余事象の確率P(Ac)=1P(A)

         =[ 1P ( {ωΩ| X(ω) x+h } ) ] [ 1P ({ωΩ| X(ω) x } ) ]   

         =[ 1FX ( x+h ) ][ 1FX ( x ) ]              ∵分布関数の定義 

                            ∵確率密度関数の定義 

                  

               ∵指数分布の定義    

         

                

               

  右辺:P (Xh) P ( {ωΩ| X(ω) h } )  (略記法から戻す)

          = P ( {ωΩ| X(ω) h } {ωΩ| X(ω) h })  

          = P ( {ωΩ| X(ω) h } )P ( {ωΩ| X(ω) h } ) 

                 ∵排反なので確率の公理(P3)より     

          = P ( {ωΩ| X(ω) h } )P ( {ωΩ| X(ω) h } )   

          = 1P ( {ωΩ| X(ω) > h } C ) P ( {ωΩ| X(ω) h } )   

                        ∵余事象の確率P(Ac)=1P(A)

          = 1P ( {ωΩ| X(ω) h } ) P ( {ωΩ| X(ω) h } )   

          = 1FX ( h )0               ∵分布関数の定義 

                         ∵確率密度関数の定義 

                        

             

             

             

  ∴P ( X > x+h | X > x )P (Xh)   

reference

文献1.『岩波数学辞典(第三版)』項目47C(p.128).

文献2. 佐藤坦『はじめての確率論 測度から確率へ』共立出版、1994p.28;101.

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.27-26; 112-113

文献4. 柳川堯『統計数学』近代科学社、1990,pp.16-17; 18-19.

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.22-24