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@ 필수과목/손으로 푸는 확률분포

[손으로 푸는 확률분포] 기하분포 (3~4) 유도, 평균

by bigpicture 2019. 7. 4.
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3) 일반화(유도)

어떤 사건이 발생할 확률이 p라고 합시다. 사건이 발생하지 않을 확률은 1-p 입니다. 성공과 실패로 봐도 됩니다. 이때 기하분포는 아래와 같습니다. 확률변수 x는 모든 자연수입니다. 

 


기호로는 아래와 같이 나타냅니다. 

 

 

 

4-1) 통계량 - 평균

미적분을 이용해서 유도하는 짧은 방법이 있긴 한데, 더 많은 분들이 이해할 수 있도록 길지만 미적분이 들어가지 않는 방법으로 유도하겠습니다. 

 

기하분포의 평균은 아래와 같이 정의됩니다. 

 

 

시그마를 전개해봅시다. 확률변수는 모든 자연수이기 때문에 극한이 등장합니다. 아래 식을 1번 식이라고 합시다. 

 

E(X)=limnp{1+2(1p)++(n1)(1p)n2+n(1p)n1}......(1)E(X)=limnp{1+2(1p)++(n1)(1p)n2+n(1p)n1}......(1)

 

(1-p)를 양변에 곱해서 식을 하나 더 만듭시다. 

 

(1p)E(X)=limnp{(1p)+2(1p)2++(n1)(1p)n1+n(1p)n}......(2)(1p)E(X)=limnp{(1p)+2(1p)2++(n1)(1p)n1+n(1p)n}......(2)

 

1번 식에서 2번 식을 빼겠습니다. 

 

pE(X)=limnp{1+(1p)+(1p)2++(1p)n1n(1p)n}pE(X)=limnp{1+(1p)+(1p)2++(1p)n1n(1p)n}

 

p는 약분됩니다. 빨간부분은 등비수열입니다. 등비수열의 합을 구해봅시다. 

 

E(X)=limn{1(1p)n1(1p)n(1p)n}E(X)=limn{1(1p)n1(1p)n(1p)n}

 

두 항 모두 수렴하기 때문에 극한을 분리해서 쓸 수가 있습니다. 

E(X)=limn{1(1p)n1(1p)}limn{n(1p)n}E(X)=limn{1(1p)n1(1p)}limn{n(1p)n}

 

첫항은 1/p 로 수렴합니다. 두번째 항은 0으로 수렴합니다. 로피탈정리를 이용하면 됩니다. 

limnn(1p)n=limnn(1p)n=limn1n(1p)n1=0limnn(1p)n=limnn(1p)n=limn1n(1p)n1=0

따라서 아래 등식이 유도됩니다. 

 

 

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