確率・統計の問題
を正の整数とする。確率変数 は互いに独立で、どれも確率密度関数
をもつ連続型確率変数とする。標本平均を
とおく。
どんな正の実数 に対しても
が成り立つような実数の定数 はただ 1 つ存在する。この を求めよ。
この問題で使うもの
- 大数の弱法則(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(65 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
- 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
- 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
- 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
- 積と商の微分
- 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
- 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
- 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
- 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
- マルコフの不等式・チェビシェフの不等式
- 正規分布と標準化
- 確率変数の和と積(独立な場合)
- 標本平均の分布
- 大数の弱法則
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
大数の弱法則(チェビシェフの不等式で標本平均が母平均に確率収束することを示す方法)を使います。 は母平均 になるはずです。
ヒント 2
、 を求め、チェビシェフの不等式 に代入します。
ヒント 3
より 、よって で、右辺は で に近づきます。あとは を計算します。
答えと解説
答えを見る
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解説を読む
大数の弱法則により、 は母平均 に確率収束します。そこで と分散を求め、チェビシェフの不等式で確かめます。
手順 1: 母平均と母分散を求める
よって
手順 2: 標本平均の期待値と分散
は独立で同じ分布をもつので
手順 3: チェビシェフの不等式を使う
任意の に対して、チェビシェフの不等式より
余事象を考えると
のとき なので、はさみうちの原理より
したがって は条件を満たします。
手順 4: ほかの値は条件を満たさないこと
とし、 とすると、事象 が起これば です。よって
となり、極限は になりません。
以上より です。
別解
大数の弱法則より、標本平均 は期待値 に確率収束する。したがって である。
。
確認:確率密度関数の積分は で正しい。分散は で有限。よってチェビシェフの不等式から となり、条件を満たす。
一意性: なら、 とすると、 は に収束するので となり不適。よって 。