第2講 確率分布

ガンマ分布

X1, X2, , Xα が独立に指数分布 Exp(λ) に従うとき, X1+X2++XαGa(α,λ) に従う.

XGa(α,λ)
α>0とする.
f(x)={λαΓ(α)xα1eλx(x0)0(x<0)
E[X]=αλ
E[Xk]=1λkΓ(α+k)Γ(α)
V[X]=αλ2
MX(t)=(λλt)α
Mode[X]=α1λ

ガンマ関数

Γ(α)=0xα1exdx
Γ(α)λα=0xα1eλxdx
Γ(n)=(n1)!    (nN)
Γ(12)=π

再生性

XGa(a,λ), YGa(b,λ)で独立のとき,

X+YGa(a+b,λ)

標準正規分布との関係

N(0,1)2Ga(12,12)

ポアソン分布との関係

WGa(k,λ)

k 個の製品が故障するまでの時間

XPo(λω)

ω の間に故障する製品の数

P(W>ω)=ωλkΓ(k)tk1exp[λt]dt=[λkΓ(k)tk1(1λ)exp[λt]]ωω(k1)λkΓ(k)tk2(1λ)exp[λt]dt=(λ)k1Γ(k)ωk1exp[λω]+ω(k1)λk1Γ(k)tk2exp[λt]dt=(λω)k1(k1)!exp[λω]+ωλk1Γ(k1)tk2exp[λt]dt=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]+ωλk2Γ(k2)tk3exp[λt]dt=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]++(λω)1(1)!exp[λω]+ωλ1Γ(1)t11exp[λt]dt=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]++(λω)1(1)!exp[λω]+λ1Γ(1)ωexp[λt]dt=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]++(λω)1(1)!exp[λω]+λ1Γ(1)[1λexp[λt]]ω=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]++(λω)1(1)!exp[λω]+λ1Γ(1)1λexp[λω]=(λω)k1(k1)!exp[λω]+(λω)k2(k2)!exp[λω]++(λω)1(1)!exp[λω]+(λω)00!exp[λω]=x=0k1(λω)xx!exp[λω]=P(Xk1)

ガンマ分布を特殊化した分布

Ga(1,λ)    Exp(λ)
Ga(n2,12)    χ2(n)
Ga(n,λ)    Er(n,λ)

補足1: MX(t) の計算

Mx(t)=E[eXt]=0etxλαΓ(α)xα1eλxdx=λαΓ(α)0xα1e(λt)xdx=λαΓ(α)Γ(α)(λt)α=(λλt)α

補足2: E[Xk] の計算

E[Xk]=0xkλαΓ(α)xα1eλx=λαΓ(α)0xα+k1eλx=λαΓ(α)Γ(α+k)λα+k=1λkΓ(α+k)Γ(α)