確率変数 $T$ が標準正規分布 $N(0, 1)$ に従い、確率変数 $X$ が正規分布 $N(2, 4)$ に従うとき、$P(-1 \le X \le 3)$ を求める問題です。ここで、$N(2, 4)$ は平均が 2、分散が 4(標準偏差が 2)の正規分布を表します。

確率論・統計学正規分布確率標準化累積分布関数
2025/7/17

1. 問題の内容

確率変数 TT が標準正規分布 N(0,1)N(0, 1) に従い、確率変数 XX が正規分布 N(2,4)N(2, 4) に従うとき、P(1X3)P(-1 \le X \le 3) を求める問題です。ここで、N(2,4)N(2, 4) は平均が 2、分散が 4(標準偏差が 2)の正規分布を表します。

2. 解き方の手順

まず、XX を標準化します。標準化とは、平均を 0、標準偏差を 1 に変換することです。
Z=XμσZ = \frac{X - \mu}{\sigma} という変換を行います。ここで、μ\mu は平均、σ \sigma は標準偏差です。
この問題では μ=2\mu = 2σ=4=2 \sigma = \sqrt{4} = 2 なので、Z=X22Z = \frac{X - 2}{2} となります。
次に、P(1X3)P(-1 \le X \le 3)ZZ を用いて表します。
X=1X = -1 のとき、Z=122=32=1.5Z = \frac{-1 - 2}{2} = -\frac{3}{2} = -1.5
X=3X = 3 のとき、Z=322=12=0.5Z = \frac{3 - 2}{2} = \frac{1}{2} = 0.5
したがって、P(1X3)=P(1.5Z0.5)P(-1 \le X \le 3) = P(-1.5 \le Z \le 0.5) となります。
P(1.5Z0.5)P(-1.5 \le Z \le 0.5) は、標準正規分布の累積分布関数 Φ(z)\Phi(z) を用いて、Φ(0.5)Φ(1.5)\Phi(0.5) - \Phi(-1.5) と表せます。
Φ(1.5)=1Φ(1.5)\Phi(-1.5) = 1 - \Phi(1.5) であることを利用して、Φ(0.5)(1Φ(1.5))=Φ(0.5)+Φ(1.5)1\Phi(0.5) - (1 - \Phi(1.5)) = \Phi(0.5) + \Phi(1.5) - 1 と計算します。
標準正規分布表から Φ(0.5)0.6915\Phi(0.5) \approx 0.6915Φ(1.5)0.9332 \Phi(1.5) \approx 0.9332 を読み取ります。
したがって、P(1.5Z0.5)0.6915+0.93321=1.62471=0.6247P(-1.5 \le Z \le 0.5) \approx 0.6915 + 0.9332 - 1 = 1.6247 - 1 = 0.6247

3. 最終的な答え

P(1X3)0.6247P(-1 \le X \le 3) \approx 0.6247

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