間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

二項分布(binomial distribution)からポアソン分布(Poisson distribution)を導く

二項分布 $B(n, p)$

B(n,p)=fX(x)={nCxpx(1p)nxx{0,1,2,,n} 0x{0,1,2,,n}

$_nC_x$の展開と変形

nCx=n!x!(nx)!=1x!n!(nx)!=1x!n(n1)(n2)(nx+1)=1x!{nnnn(n1)nn(n2)nn(nx+1)n}=1x!nx{nn(n1)n(n2)n(nx+1)n}=nxx!{nn(nn1n)(nn2n)(nnx1n)}=nxx!{1(11n)(12n)(1x1n)}=nxx!{(11n)(12n)(1x1n)}

$(1-p)^{n-x}$の展開と変形

(1p)nx=(1p)n(1p)x=[[{1+(p)}1p]p]n(1p)xa=(a1x)x={(e)p}n(1p)x(1+x)1x=(1+1y)y=e=enp(1p)x(ax)y=axy

展開と変形の結果を当てはめる

nCxpx(1p)nx=nxx!{(11n)(12n)(1k1n)}pxenp(1p)x=1x!{(11n)(12n)(1k1n)}nxpxenp(1p)x=1x!{(11n)(12n)(1k1n)}(np)xenp(1p)x

$\lambda=np$,$\lambda$を一定に$n$を十分大きくとると, $p$は極めて小さくなる

fX(x)=1x!{(11n)(12n)(1k1n)}(np)xenp(1p)x=1x!{(11n)(12n)(1k1n)}(λ)xeλ(1p)xλ=np=1x!{(1)(1)(1)}(λ)xeλ(1)xCn0,p0=1x!λxeλ=λxx!eλ=Po(λ)

積率母凾数(moment-generating function)を考える

MX(t)E[etX]=x=0(etx)λxx!eλ=eλx=0(etx)λxx!=eλx=0etxλxx!=eλx=0(etλ)xx!=eλeetλx=0axx!=ea=eetλλ=eλ(et1)

期待値,分散

MX(m)(0)dmdmtMx(t)|t=0=E[XmetX]|t=0=E[Xm] E[X]=MX1(0)={ddt(eλ(et1))}|t=0={dds(es)dsdt}|t=0s=λ(et1),dsdt=λet={(eλ(et1))(λet)}|t=0ddxex=ex={λ(eλ(et1)+t)}|t=0=λ(eλ(e01)+0)=λe0a0=1=λa0=1 E[X2]=MX2(0)={d2dt2(eλ(et1))}|t=0={ddtλ(eλ(et1)+t)}|t=0E[X]={dds(λes)dsdt}|t=0s=λ(et1)+t,dsdt=λet+1={(λeλ(et1)+1)(λet+1)}|t=0ddxCex=Cex=(λeλ(e01)+1)(λe0+1)=λe0(λ+1)a0=1=λ(λ+1)a0=1 V[X]=E[X2]E[X]2=λ(λ+1)λ2=λ2+λλ2=λ

0 件のコメント:

コメントを投稿