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統計・定理・標本分布と極限定理
元の分布の形がどのようなものであっても、独立同分布な確率変数の和や平均は、標本数が大きくなるにつれて正規分布に近づくという定理です。
正規分布が様々な場面で現れる理論的な理由を説明する、統計学で最も重要な定理の一つです。
中心極限定理。独立同分布の和・標本平均は 大で正規分布に近づく。
中心極限定理は、平均μ・分散σ²をもつ独立同分布な確率変数 の標本平均 が、nが大きくなるにつれて分布
主張
nが大きいと 。元の分布の形に依存しない。
和の場合
サイコロ(一様分布、各面1/6)をn=30回振った出目の合計は、中心極限定理によりおよそ に近づく。
中心極限定理が主張する内容は?
中心極限定理により和ΣXiが近づく分布は?
中心極限定理を適用するために必要な前提は?
和 についても同様に、 に近づきます。標本平均と和は単にスケールが違うだけなので、どちらの形で覚えても本質は同じです。実務上、nがどの程度あれば「十分大きい」とみなせるかは元の分布の形(対称性や歪み)によって異なりますが、目安としてn≥30程度がよく使われます。
中心極限定理は、区間推定や仮説検定で正規分布を使った近似が広く使える理論的根拠です。母集団の分布が分からなくても、標本数が十分大きければ標本平均の振る舞いを正規分布で記述できることが、統計的推測の多くの手法を支えています。
必要な前提
が独立同分布であること(分散が有限であることも必要)。
「十分大きいn」の目安
元の分布の歪みが大きいほどnも多く必要(目安n≥30)。
統計的推測への応用
区間推定・仮説検定で正規近似を使う理論的根拠になる。
積率母関数(MGF)を展開して証明する出題形式
中心極限定理を『結果として使う』出題だけでなく、積率母関数(MGF)を でテイラー展開し、極限が標準正規分布のMGF に一致することを示す証明型の出題もある(2024年度問題2(2): の和を標準化した統計量のMGFを展開し、で に収束することを示す穴埋め)。この技法は収束で扱う特性関数を使った証明と同系統で、を使った展開の近似計算力が問われる。