確率論 初級

確率空間と離散分布(大学1-2年レベル)

初級の概要

初級では、大学初年度で学ぶ確率論の基礎を扱う。入門で学んだ直感的な確率の理解を、数学的に厳密な形式で再構築する。

学習目標

  • 確率空間の定義と構造を理解する
  • 条件付き確率と独立性を厳密に扱える
  • ベイズの定理を応用できる
  • 離散確率変数と期待値を計算できる
  • 代表的な離散分布(二項分布、ポアソン分布など)を理解する

目次

  1. はじめに

    初級編の目標と構成の概要

  2. 確率空間

    標本空間 $\Omega$、事象、確率測度 $P$、確率の公理

  3. 条件付き確率と独立性

    条件付き確率の定義、独立事象、独立試行

  4. ベイズの定理

    全確率の公式、ベイズの定理とその応用

  5. 確率変数

    確率変数の定義、確率質量関数、累積分布関数

  6. 代表的な分布

    ベルヌーイ分布、二項分布、幾何分布、ポアソン分布

  7. 期待値の性質

    期待値 $E[X]$、線形性、分散 $V[X]$、共分散

トピック別ページ

  1. 確率空間

    確率空間の厳密な定義、$\sigma$-加法族、確率測度

  2. ベイズの定理

    ベイズの定理の導出、事前・事後確率、応用例

  3. 分散

    分散の定義と性質、標準偏差、チェビシェフの不等式

  4. 一様分布

    連続・離散一様分布のPDF・CDF、期待値・分散、逆変換法、順序統計量、最大エントロピー

  5. ベルヌーイ分布

    定義、期待値・分散、MGF、二項分布との関係、指数型分布族、応用例

  6. 二項分布

    ベルヌーイ試行、期待値・分散、正規近似、ポアソン近似

  7. 超幾何分布

    非復元抽出、有限母集団補正、二項近似、フィッシャーの正確検定、抜取検査、捕獲再捕獲法

  8. 多項分布

    多項係数、確率質量関数、期待値・分散・共分散、周辺分布、条件付き分布、応用

  9. 正規分布

    正規分布の定義、標準正規分布、中心極限定理

  10. ポアソン分布

    定義、二項分布からの導出(少数の法則)、期待値・分散、モーメント母関数、ポアソン過程、再生性、正規近似

  11. 幾何分布

    定義、2つの定義の違い、期待値・分散、無記憶性、モーメント母関数、負の二項分布との関係、応用例

  12. 負の二項分布

    定義、確率質量関数、期待値・分散、幾何分布との関係、モーメント母関数、再生性、ポアソン=ガンマ混合、応用例

  13. 指数分布

    定義、期待値・分散、無記憶性、ポアソン過程との関係、モーメント母関数、ハザード関数、応用例

  14. チェビシェフの不等式

    マルコフの不等式、チェビシェフの不等式の証明、片側チェビシェフ(カントリの不等式)、等号条件、大数の弱法則、他の確率不等式との比較

関連用語

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  • 指示関数 — 事象を 0/1 で表す指示関数とその期待値・確率との関係。
  • 確率空間の厳密な定義 — σ加法族・確率測度(コルモゴロフの公理)による確率空間 (Ω, F, P) の厳密な定式化。

前提知識