2013-12-20

http://anond.hatelabo.jp/20131219051501

サイコロを600個振って、そこからひとつ取り除いて、残ったサイコロの6の目の頻度は 1/6 か否か、という話。

ここでは「ひとつ取り除く」の方法がすごく大切で、つぎの2つは異なる結果を生む。

なお、取り除くサイコロの選び方が問題なのであって、サイコロを同時に振ったか、順番にひとつずつ振ったかの問題ではない。

出目とは無関係サイコロを選んだケース

残ったサイコロの6の目の頻度の期待値は 1/6。

ポイントになるのは独立性、つまりサイコロの出目は他のサイコロの出目とは無関係ということ。

取り除かれたサイコロの出目と残されたサイコロの出目は無関係なのだから

仮に取り除かれたサイコロの出目が6だとしても、残ったサイコロの6の頻度とは無関係

出目が6のサイコロひとつ選んで取り除く

残ったサイコロの6の目の頻度の期待値は 1/6 よりも小さい。

600個振った場合だと、およそ 99/599 (6がひとつも出ないケースの扱いで多少変わる)

このケースでは、残されたサイコロの出目と取り除かれたサイコロ(=どれが取り除かれるか)が独立ではない。

実際に取り除かれたサイコロをAと呼ぶことにする。

出目が6のサイコロから無作為に取り除くサイコロを決めるとすると、

Aが取り除かれる "確率" は残されたサイコロの出目に6が少ないほど高くなる。

6が10しかなければ 1/10 だが、6が100個あれば 1/100 だ。

こうしてAが取り除かれる確率と、残されたサイコロの出目が無関係ではなくなる。

その結果として、残されたサイコロに占める出目6の割合は、1/6 よりも小さくなる。

よくある大数の法則の誤解

大数の法則がいうのは、サイコロをたくさん振れば、6の目が出る頻度は 1/6 に近い値になるはずだ、ということだ。

ここから「はじめに10連続で6が出たら、今後6の目が出る確率は下がる」と考えがちだが、そうではない。

はじめに10連続で6が出ようが、100回連続で6が出ようが、今後6の目が出る確率は1/6である

(もちろん、サイコロに偏りがなければの話)

大数の法則が成り立つのは、1万回、1億回、1兆回とサイコロを振っていくと、

最初10回の出目なんて無視できる誤差になってしまうからだ。

計算してみよう。

(100 + 10) / (600 + 10) = 0.1803278688

(1000 + 10) / (6000 + 10) = 0.1680532445

(10000 + 10) / (60000 + 10) = 0.1668055324

(1億 + 10) / (6億 + 10) = 0.1666666805

1 / 6 = 0.1666666666

なお、頻度は 1/6 に近づいていくが、

期待値との差「(N回のうち6が出た回数) - 1/6 * N」(の平均値)は無限大に発散する。

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