順列(permutation)と組み合わせ(combination)、階乗、二項分布・多項分布(駆け足で読む統計学のための数学入門30講 3)

  • 第3講 順列・組合せと二項定理・多項定理


  • 順列
    • _n¥mathrm{P}_x=n(n-1)(n-2)¥cdots(n-x+1)=¥frac{n!}{(n-x)!}
  • 組み合わせ
    • _n¥mathrm{C}_x=¥frac{_n¥mathrm{P}_x}{x!}=¥frac{n!}{(n-x)!x!}
  • 2項分布
    • (a+b)^n=¥sum_{k=0}^n_n¥mathrm{C}_ka^kb^{n-k}
    • a=P,b=1-Pとし、××である確率がPとするとn個のうちk個が××である確率はP_r(x=k)=_n¥mathrm{C}_kP^k(1-P)^{n-k}と表される。今、xについて0からkまですべてを足し合わせると¥sum_{k=0}^nP_r(x=k)=1となり、これも総和が1の確率分布であり、このような分布を2項分布と呼ぶ
  • 多項分布
  • 2項分布では、××か否か、をP1-Pかに分けたが、今、w通りの場合があって、それぞれが起きる確率がp_i, i=1¥cdots w, ¥sum_{k=1}^wp_k =1であるとして、全体でn=¥sum_{k=1}^wN_kあるとすると、そのn個の事象がN_1,N_2,¥cdots N_wとなる確率はP_r(x_1=N_1,x_2=N_2,¥cdots x_w=N_w)=¥frac{n!}{N_1!N_2!¥cdots N_w!}p_1^{N_1}p_2^{N_2}¥cdots p_w^{N_w}}と表させる。N_1,N_2,¥cdots N_wの組み合わせについてすべてを足し合わせると、その総和は1になり、確率分布であることがわかる。このような分布を多項分布という。
  • 期待値・期待値の分散
    • ある興味の対象がある値をとるものとし、その値が2項分布や幾何分布のように、あれかこれか(離散的な値)をとるとすると、その離散的な値をとる確率がP_r(x=k)が知られているとすると、xがとりうるすべてのkについて足し合わせると¥sum_k P_r(x=k)=1となる、また、¥sum_k kP_r(x=k)は、xの値の期待値E(x)である。2項分布の場合には、xが起きる回数ということでE(x)=nPとなることが式変形で示される。分散はV(x)=¥sum¥{k-E(x)¥}^2P_r(x=k)で示せるが、これも式変形でV(x)=E(x^2)-¥{E(x)¥}^2となる
  • これらのテキスト表記は

[tex:_n\mathrm{P}_x=n(n-1)(n-2)\cdots(n-x+1)=\frac{n!}{(n-x)!}]
[tex:_n\mathrm{C}_x=\frac{_n\mathrm{P}_x}{x!}=\frac{n!}{(n-x)!x!}]
[tex:(a+b)^n=\sum_{k=0}^n_n\mathrm{C}_ka^kb^{n-k}]
[tex:P_r(x_1=N_1,x_2=N_2,\cdots x_w=N_w)=\frac{n!}{N_1!N_2!\cdots N_w!}p_1^{N_1}p_2^{N_2}\cdots p_w^{N_w}}]