確率・統計の問題
確率変数 は の値をとり、その確率分布は
であるとする。 を虚数単位、 を実数とするとき、 の特性関数 を、虚数単位 を含まない の式で表せ。
この問題で使うもの
この問題を解けるようになるまで(84 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 樹形図で数え上げる
- 積の法則と和の法則
- 和の法則・積の法則と樹形図
- 順列・円順列・重複順列
- 組合せ
- 確率の定義と和事象・余事象
- 期待値
- 確率変数と確率分布
- 平均と合計
- 平均値・中央値・最頻値
- 代表値(平均値・中央値・最頻値)
- 分散と標準偏差
- 変量の変換と平均・分散
- 確率変数の期待値・分散と
- 確率変数の和と積(独立な場合)
- 独立な試行と反復試行
- 二項分布
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 分数のかけ算・わり算
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 乗法公式による展開
- 因数分解
- 3 次式までの展開と因数分解
- 微分係数と導関数の定義
- 多項式の微分
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 関数 の式と変域
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 2 次不等式
- 剰余の定理・因数定理と高次方程式
- 増減表と極値
- 等間隔にならんだ数の和
- 等差・等比数列の和と Σ
- 数列の極限
- 関数の極限
- 関数の連続性と中間値の定理
- 平均値の定理
- 積と商の微分
- 第 2 次導関数とグラフの凹凸
- 合成関数の微分
- 円の周の長さと面積
- おうぎ形の弧の長さと面積
- 弧の長さからおうぎ形の中心角と面積を求める
- 三角形・四角形の面積
- 三平方の定理
- 特別な直角三角形の辺の比
- 弧度法と単位円による三角関数
- の極限
- 加法定理と 2 倍角・半角・積和の公式
- 三角関数の導関数
- 根号の乗除と加減
- 指数の拡張と指数関数
- 対数の定義と性質
- 自然対数の底
- 指数関数・対数関数の導関数
- 増減・凹凸・漸近線とグラフ
- テイラー展開
- 無限等比級数と無限級数
- べき級数と収束半径
- 幾何分布・ポアソン分布
- 多項式の不定積分
- 定積分の計算
- 連続型確率変数と確率密度関数
- 基本的な関数の不定積分
- 置換積分
- 部分積分
- 定積分の置換・部分積分と偶関数・奇関数
- 広義積分
- 一様分布・指数分布
- 積率母関数
- 複素数と 2 次方程式の虚数解
- オイラーの公式
- 特性関数
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
特性関数の定義 を使います。 は離散型なので、期待値は「値 × 確率」の和で計算します。
ヒント 2
に3つの値を代入し、オイラーの公式から得られる を使って整理します。
ヒント 3
となります。ここから を消してください。
答えと解説
答えを見る
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解説を読む
特性関数は で定義されます。 は離散型の確率変数なので、期待値は「とりうる値ごとに と確率を掛けて足す」ことで求められます。
手順1:定義に代入する
のとき、 はそれぞれ です。よって
手順2:オイラーの公式で整理する
オイラーの公式より
です。これらを足すと虚部が打ち消し合い、
手順3:まとめる
(確認) のとき となり、どの確率変数でも成り立つ と合っています。なお、半角の公式を使うと とも書けます。
答え:
別解
定義より 。オイラーの公式より なので 。半角の公式より とも書ける。検算: で となり、確率の総和 1 と一致する。また では で、 と一致する。