数学Bの後半戦は、データや確率を扱う「統計的な推測」分野に入ります!
「確率なら数学Aでやったけど、何が違うの?」「急に『確率変数』とか難しそうな言葉が出てきて嫌だ…」と感じる方もいるかもしれません。
しかし、安心してください!
「確率変数」と「確率分布」は、要するに「起こる出来事を数字に置き換えて、その出やすさを表(一覧)にまとめたもの」に過ぎません。
この記事では、新しく登場する用語の基本的なイメージから、テストで頻出の「確率分布表のつくり方」まで分かりやすく解説します!
1. 確率変数とは?(基本のイメージ)
確率変数(かくりつへんすう)とは、簡単に言うと「試行の結果によって、とる値が確率的に決まる変数」のことです。
数学ではよく大文字の X や Y で表します。
たとえば、「コインを2枚投げる」という試行を考えてみましょう。
表が出る枚数は、次のいずれかになります。
- 表が0枚になる(裏・裏) ➔ 確率 41
- 表が1枚になる(表・裏、裏・表) ➔ 確率 42(21)
- 表が2枚になる(表・表) ➔ 確率 41
このとき、「表が出る枚数」を X とおくと、X は 0,1,2 という値をとり、それぞれの値をとる確率が決まりますよね。
この X のような変数のことを確率変数と呼びます!
💡 ポイント:
X=1 と書いたら、「表が1枚出るという出来事」を指します。
その確率を表すときは P(X=1)=21 のように書きます(P は Probability=確率 の頭文字)。
2. 確率分布とは?(確率の一覧表!)
確率変数 X がどんな値をとり、それぞれの値をとる確率がどうなっているか、その対応関係(散らばり具合)のことを確率分布(かくりつぶんぷ)と呼びます。
そして、この対応関係を分かりやすく1つの表にまとめたものが「確率分布表」です!
コイン2枚の例でつくる確率分布表
さきほどの「コインを2枚投げて、表が出る枚数を X とする」例を確率分布表にしてみましょう。
| X | 0 | 1 | 2 | 計 |
|---|---|---|---|---|
| P | 41 | 42 | 41 | 1 |
このように、上が確率変数 X の値、下がその確率 P となる一覧表を作成します。
3. 確率分布の「2大絶対ルール」
確率分布を扱ううえで、テストで絶対にチェックすべきルールが2つあります。
① 各確率 pi は必ず 0 以上 1 以下
確率なので、マイナスになったり 1 を超えたりすることはありません。
0≦pi≦1
② 確率の合計は絶対に「1」!
起きてほしいすべての出来事の確率を足し合わせると、合計は必ず 1 になります。
∑pi=p1+p2+⋯+pn=1
⚠ テストでの裏ワザ・注意点:
自分で確率分布表を作った際、**「下の確率を全部足して 1 になるか?」**を必ず確認してください。1 にならなければ、どこかで確率の計算ミスをしています!
4. 例題で確率分布表を作ってみよう!
それでは、実際にテスト形式の問題にチャレンジしてみましょう。
例題
【問題】
赤玉 3 個、白玉 2 個が入った袋から、同時に 2 個の玉を取り出す。
取り出した赤玉の個数を X とするとき、確率変数 X の確率分布表を作成せよ。
【解答・解説】
Step 1:X がとり得る値を確認する
玉を 2 個取り出すので、赤玉の個数 X がとり得る値は X=0,1,2 です。
Step 2:全体の場合の数を計算する
5 個の中から 2 個を取り出す組合せは、
5C2=2×15×4=10 通り
Step 3:それぞれの確率を計算する
- X=0(赤玉0個=白玉2個)の確率 P(X=0)白玉 2 個から 2 個を選ぶ: 2C2=1 通りP(X=0)=101
- X=1(赤玉1個・白玉1個)の確率 P(X=1)赤玉 3 個から 1 個、白玉 2 個から 1 個を選ぶ: 3C1×2C1=3×2=6 通りP(X=1)=106
- X=2(赤玉2個=白玉0個)の確率 P(X=2)赤玉 3 個から 2 個を選ぶ: 3C2=3 通りP(X=2)=103
Step 4:合計が 1 になるか確認して表にする
確率の合計: 101+106+103=1010=1 ➔ OK!
【完成した確率分布表】
| X | 0 | 1 | 2 | 計 |
|---|---|---|---|---|
| P | 101 | 106 | 103 | 1 |
※ 約分して 53 と書いても正解ですが、合計の確認(通分)がしやすいように表内では分母を揃えておくのがおすすめです!
5. まとめ
今回は「確率変数と確率分布」の基本について解説しました。
- 確率変数 X: 出来事を数値化したもの(例:表が出る枚数、赤玉の個数)
- 確率分布: X の値と、それが起こる確率の対応関係
- 確率分布表: X と確率 P をまとめた一覧表
- 超重要原則: 確率の合計は必ず 1 になる!
「統計的な推測」分野の計算は、まずこの確率分布表を正しく作れるかが出発点になります。次回のテーマである「期待値(平均)」や「分散」の計算でもこの表をそのまま使いますので、しっかりマスターしておきましょう!
次回は、確率分布表から平均や散らばり具合を計算する「【数学B】2-2: 確率変数の期待値(平均)・分散・標準偏差を分かりやすく解説!」をお届けします!
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