数学
高校生
解決済み

ケコがわかりません。

①2枚目の写真で蛍光ペンを引いているところなのですが、教科書で見たことがない解き方で、3枚目の写真(自分でまとめたノート)なのですが、これは黄色の蛍光ペンとピンクの蛍光ペンどちらなのですか?

②共通テストで統計が出るのですが、初めの二項分布とかは誘導に従って解けるのですが、その後の信頼度や有意水準が手付かずで悩んでて、そもそも、今自分が解いているのは母平均なのか、母比率なのかもわからなくて、公式でpとかRとか置かれてると思うのですが、問題ですでにpが別の値で置かれてたりとかしたらより頭がこんがらがってしまい、母平均と母比率の違いが知りたいです🙇‍♀️

質問が長くなってしまい本当にすみませんが、どなたかよろしくお願いします🙇‍♀️

第5問 (16点) 次のような実験を行うことを考える。 太さが十分に小さく長さがしである, 曲がっていない針を1本用意する。 次に, 平坦な机の上に, 隣同士の直線間の距離がLとなるような平行線を多数描いておく このとき、次の試行を1600回繰り返す。 試行 針を無作為に机の上に落とし, 机の上に落ちて倒れた針が机に描かれた平行線と共有点 をもつかどうかを確認した後, 針を机から取りあげる。 (1) 1≤k≤1600 +3. k回目の試行について, 落ちた針が机に描かれた平行線と共有点をもつ場合は1, 共有点をも たない場合は0となるような確率変数を X とおく. また + X=X+X₂++X1600 m とする. 落ちた針が机に描かれた平行線と共有点をもつ確率を とおくと, Xは二項分布 Bア, に従う。 で また、実験回数の値1600は十分大きい数なので, 二項分布 B( 正規分布 N(m,) と見なすことができる。 ただし ・① は近似的に X-m ① X-m ② X-a 6 m ③ X-02 m 回の試行を行う形式を 形式をとることで, 今回の実験をすることができた。 のの結果、落ちた針が机に描かれた平行線と共有点をもった回数がクラス全体でちょうど 1000回となった。 _1000_5 R=1 1600 8 このとき、落ちた針が机に描かれた平行線と共有点をもつ状況の発生頻度 今回の実験結果から, (1) でおいたかの値の, 信頼度 95%の信頼区間を推定しよう (i) 本間では, 正規分布表 (省略) を用いて答えよ。 1600 |標準正規分布 N (0, 1)に従う, (1)の確率変数Zについて, 正規分布表より P(カキクZカキク)=0.95 が成り立つ。 (i)の結果より,標準正規分布 N(0, 1)に従う確率変数Zはおよそ95%の確率で不等式 ウ m= σ²= H カキク ZSカ キク また, >0である。 をみたしている。 ここで, 確率変数Xが近似的に正規分布 N(m, ♂) に従うので, 確率変数Zを a である。 このとき,確率変数X, Zは関係式 ② 220 Z= オ ...2 Z= オ TOCH と定めると, Zは近似的に標準正規分布 N(0, 1)に従う。 をみたす。 er-14 ア ウ の解答群(同じものを繰り返し選んでもよい。) 1 1 ⑩ 1600 ① 40 ② 1 ③ ④ ⑤ 1600p 6 40p ⑦カ ⑧ 44 40 1600 D 40 1600 I の解答群 ⑩ 1600p ① 40p 144 4 1600p(1-p) 40 p(1-p) 5 40p(1-p) ⑦ 40 1600 ここで, ①よりm= ウであり,これはかを含む式である また,得られた実験結果では X=1000 であったので 3.081 X 1600 5 =R= 8 (1 が成り立つ。 さらに、①の エ については,次の仮定を適用して考えるものとする。 仮定 エ の式中に現れるかは,今回の実験での発生頻度Rの値 D 1600 p(1-p) R=555 8 に置きかえて計算してもよい。 この仮定の下での値の信頼度 95%の信頼区間は
ケ コ の範囲であることが求められる。 X ただし, xv15 -1.20 として計算し、最終結果は小数第4位を四捨五入して答えること。 1.96 0.625- 1600 ' の解答群 である。 ⑩ 0.601 ① 0.617 ② 0.633 ③ 0.649 ④ 0.666 (3) 太郎さんと花子さんのクラスで今回行われた実験はよく知られたものであり、(1)の確率の正確 であり、仮定を適用すると 1600 1.96 X 1.96 1600 1600 osp≤0.625+ 1.96 1600 次にについて考え √1600p(1-b)=40√(1-p) 1600 SDS な値が円周率』を用いて=と表されることが知られている。 このことと実験結果の不等式 (*) を組み合わせることで, 逆に円周率の値について, 信頼度 95%でどのような範囲に存在しているのかを推定することができる。 不等式 コ について整理することで、円周率の値は信頼度95%で 3.サシ 3. スセ の範囲に存在していると推定することができる。ただし数値は小数第3位を四捨五入すること。 解説 40√(1-1)=40×1 とすることができるので 16 1.96 1600 1.96 53 V 8 8 5√15 0= 1600×5/15 =1.96x5 16 15×0.01 じえよう 15=1.210 を用いて計算すると 1600『=1.96×1,210×0.01=0.023716 となる。よって 0.625 -0.023716 0.625+0.023716 0.601284 p≤0.648716 となり, 小数第4位を四捨五入して 0.601 p≤0.649 (0, 3) (2)(i) 標準正規分布 N(0, 1) に従う確率変数 Zについて, 正規分布表より である. (1) 条件より,この実験では確率で発生する事 象について, 1600 回の反復試行を行うものであ る. P(0≦Z≦1.96)=0.4750 が成り立つので P-1.96≦Z≦1.96)=2P (0≦Z≦1.96) よって, Xは二項分布 B(1600, p) ( ⑦) に 従う。 =2×0.4750 =0.95 よって P(-1.96 Z≤1.96)=0.95 ここで,二項分布 B (1600, p) に従う確率変数の 期待値は1600p, 分散は1600p(1-p) であるので, 近似する正規分布 N(m, 2) についても期待値が 1600p, 分散が1600p(1-p) である. よって m=1600p (5) 02-1600p(1-p) (4) となる. である. (ii) 不等式 -1.96 Z≤1.96 にZ=- X-m 0 を代入してZを消去すると また, 確率変数Xが正規分布 N (m, ♂) に従 うとき -1.96≦ X-m a $1.96 Z== X-m 0 (0) X 5 このときm=1600p -0.625 である 1600 8 と定めた確率変数Zが標準正規分布 N(0, 1)に 従う。 ので 004-20 ROL ル Tei -11- (3)(2)(ii)で得られた結果を利用して 0.601- 2≤0.649 として π 2 2 0.649 10.601 OK MK 3.0813.327... 小数第3位を四捨五入することで 3.083.33 である. 0183 00 40 と直すこともできる。 の 40ALBA
母平均の推定 信頼度95%(1.96)の信頼区間k-146/smsx+1.90m How ①又は正規分布N(m)に近似的に従い、E=m. 文の標準偏差農 ② ③ 2= x-1.96mm+1.96m Th 母比率の推定(信頼度95%) How ①標率= ある事象を満たす個数 ✗ 標本の大きさんが大きければい ②Rは正規分布NP PCI-P) )に近似的に従い、(P≒R) P(1-P) 0 E(R)=P,O(R)= n ③ R-(Rの平均) R-P 2= Rの標準偏差 O(R) 44 4 R (196 PIEP) EPS R11196 信頼度95% 有意水準5% (1.96) 信頼度99% 有意水準 1% P(1-P) 2 もし、信頼度95%が1,96だと いうことを忘れていたら、 1×2/5(%)=0.95 (2,58) あんまりおこってましく ない 0952 0475 2つあるから 表で、0.475となるところ見つける!! 黒いイメージ!!

回答

✨ ベストアンサー ✨

①「黄色の蛍光ペン」、「ピンクの蛍光ペン」どちらで解けますが、「ピンクの蛍光ペン」がちょうどよいです。
<理由>「ピンクの蛍光ペン」は二項分布の近似であり、この問題は二項分布で解いているからです。
ところが、この問題は、X‾=R、σ/√n=√{p(1-p)/n}なので、「黄色の蛍光ペン」にあてはめると「ピンクの蛍光ペン」と同じ式になります(最後にコメントします)。

②「母平均」と「母比率」の違いは、「平均」と「比率」なので同じになる時もあります。
例題で解説します。
<例1>サイコロをn回振って6が出る回数X、比率Pの平均は?
 Xの平均E(X)=n/6、比率Pの平均P(P)=1/6 …計算省略
 平均E(X)をn回で割ると、E(X)/n=1/6となり、比率Pの平均と同じになります。
 感覚的に、あたりまえ?ですが。

<例2>サイコロを出た目Xが6なら点数6もらえるとした場合、
 n回振ったときの合計点数X、比率P(6もらえる比率)の平均は?
 Xの平均E(X)=n、比率Pの平均P(P)=1/6 …計算省略
 平均E(X)をn回で割ると、E(X)/n=1となり、比率Pの平均と異なります。

<例3>サイコロをn回振って出た目Xの平均は?
 E(X)=7n/2 (=3.5n)  …計算省略
 この問題で比率を定義するなら比率=1(どの目が出てもカウントするから)

確率変数Xが回数(頻度)の場合は、「平均回数」/n、「頻度」は「比率」と同じになってしまいます。
(数学の問題を解くときは)頻度=母比率と考えてよいです。
点数、金額、重さ、長さなどを確率変数とする場合は、「平均」/n≠「比率」となります。
(ただし、点数が1 or 0の場合は、「平均」=「比率」になります)

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基本形は「黄色の蛍光ペン」です。これに平均、標準偏差(分散)をあてはめるて解くのが基本です。
「ピンクの蛍光ペン」は、二項分布の場合のみの近似式です。

分かりにくかったら、ごめんなさい。

ゆる

教えてくださりありがとうございました🙇‍♀️
返信が遅くなってしまいすみません🙇‍♀️
前の段階で二項分布を使ってるから今回はピンクの蛍光ペンを引いたところを使うのですね!!

質問なのですが、
① 二項分布が前に出てた場合、アドバイス通りに解くとピンクの蛍光ペンを引いたところの公式を使うと思うのですが、この場合、下の写真のオレンジで引いたところはまた新たに二項分布とは別で正規分布を出すのですか?変なこと聞いてたらすみません🙇‍♀️

②教えてくださったところの
『 (数学の問題を解くときは)頻度=母比率と考えてよいです。
点数、金額、重さ、長さなどを確率変数とする場合は、「平均」/n≠「比率」となります。
(ただし、点数が1 or 0の場合は、「平均」=「比率」になります)』
のところなのですが、頻度とはサイコロの場合、6が指定された回数までに何回出るかみたいな感じで合ってますか?例1みたいな感じですか?
また、点数、金額、重さ、長さなどを確率変数とする場合の例とかって何かありますか?合ったらイメージしやすいかなと思い、あれば教えていただきたいです🙇‍♀️

③アドバイスをまとめると前段階に二項分布が出てきたらピンクの蛍光ペンで引いた方の公式の方が時やすい、比率と平均が同じ場合ありということですか?こんな問題ないかもしれませんが、二項分布が出て、その後に標本比率が出てきたら確実にピンクの方で良いですか?二項分布が出なかったら黄色の方と覚えても解釈間違ってないですか?

本当にたくさん聞いてしまいすみません🙇‍♀️どうしても模試とかでピンクとか黄色の蛍光ペンの公式を使う手前までは解けるのですが、得点が高い後半が取れなくて悩んでて本当にすみません🙇‍♀️
お時間がある時に教えていただけると幸いです🙇‍♀️
すみませんがよろしくお願いします。

GDO

結論から先にコメントします
 →混乱しているなら「ピンクの蛍光ペン(母比率の推定)」は忘れた方がよいと思います。
後で解説しますが、最初に回答した通り、基本形は「黄色の蛍光ペン」です。

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質問の丸数字に対応した回答
① オレンジは「二項分布」を「正規分布」で近似しています。
 ピンクの蛍光ペンは、「二項分布」を「正規分布」で近似して求めた結果です。
 「新たに」ではなく、二項分布を正規分布で近似した「後に」、ピンクの蛍光ペンの式が導かれています。

②「頻度とはサイコロの場合、6が指定された回数までに何回出るかみたいな感じで合ってますか?例1みたいな感じですか?」←その通りです!
「点数、金額、重さ、長さなどを確率変数とする場合の例」→例2、例3です。(当たり前ですが、これは頻度ではありません)

③比率と平均が同じ場合はあります。
確率変数が比率と同じになっている場合は、比率の平均=確率平均になってしまいます。
例えば、サイコロ6が出た回数をnで割った確率変数Y=(X₁+X₂+…+Xₙ)/nとしたときの平均E(Y)は?
  X₁=0 or 1、…、Xₙ=0 or 1

結論でコメントした通り、以下の解釈は大正解ではないです(間違ってはいませんが)。
・二項分布が出て、その後に標本比率が出てきたら確実にピンクの方で良いですか?
 →ピンクの方で良いですが、黄色でもよいです。
・二項分布が出なかったら黄色の方と覚えても解釈間違ってないですか?
 →どんな分布でも黄色の方は使えます(平均、分散が存在すれば)
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【解説】「黄色の蛍光ペン」「ピンクの蛍光ペン」
学習している内容は以下の通り
(表にすると分かりやすいので添付しました)

「黄色の蛍光ペン」の➀➁➂
X₁、…、Xₙ:どんな分布でもよい
確率変数X‾=(X₁+X₂+…+Xₙ)/n
➀「X‾の分布」を「正規分布で近似」で近似 (平均m、分散σ²/n)
➁「正規分布で近似」→「標準正規分布」へ変換
➂標準正規分布表の値を使って推定

「ピンクの蛍光ペン」の➀➁➂④
X₁=0 or 1、…、Xₙ=0 or 1(頻度の分布:二項分布)
➀確率変数R=(X₁+X₂+…+Xₙ)/n(=X‾)
➁「二項分布」を「正規分布で近似」で近似 (平均p、分散p(1-p)/n)
➂「正規分布で近似」→「標準正規分布」へ変換
④標準正規分布表の値を使って推定

内容は似ていますが、2種類覚える必要はなく「黄色の蛍光ペン」を覚えればよいです。
・「ピンクの蛍光ペン」は二項分布の場合のみ
・「黄色の蛍光ペン」はどんな分布でもよい(二項分布でもよい)

参考(中心極限定理)
X‾=(X₁+X₂+…+Xₙ)/n(各試行Xᵢの平均と分散が存在)とするとき、
試行回数nを増やすとXᵢはどんなものであってもX‾は正規分布に近づきます。

GDO

<整理>(対応関係を少し追記して画像添付しました)
「黄色の蛍光ペン」が基本形(覚えておくべき式)であり、
その具体例(二項分布の場合)が「ピンクの蛍光ペン」の式になります。

「黄色の蛍光ペン」を理解しておけば、どんな分布でも正規分布近似できます。
高校数学では、二項分布と正規分布しか出てこないかもしれませんが。

ゆる

追加の質問にも答えていただき本当にありがとうございました🙇‍♀️たくさん追加で質問してしまったのに番号付きで全てに答えていただきありがとうございました🙇‍♀️また、画像本当にありがとうございました😊とても見やすくて、とても理解できました!!ノートにしっかり書いときます!!
本当にすごくお手数をおかけしてしまいすみませんでした🙇‍♀️GDOさんのおかげで、今まで本当にどの公式を使えば良いのかわからなかったのですが、理解できました!!本当にありがとうございました😊

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