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幾何分布

大二 · 機率統計

觀念

00.050.10.150.2123456789101112P(X = k)E[X] = 1/p = 6

幾何分布 (geometric distribution) 問「第一次成功要等幾次」:每次獨立、成功率 pp,P(X=k)=(1−p)k−1pP(X = k) = (1-p)^{k-1}p 前 k−1k-1 次失敗、第 kk 次成功。尾機率 P(X>k)=(1−p)kP(X > k) = (1-p)^k(前 kk 次全失敗),期望值 E[X]=1pE[X] = \frac{1}{p},變異數 1−pp2\frac{1-p}{p^2}。

它是唯一有無記憶性 (memoryless) 的離散分布:P(X>s+t∣X>s)=P(X>t)P(X > s+t\mid X > s) = P(X > t)——已經失敗了 ss 次,接下來的等待分布跟從頭開始一模一樣。賭徒「連輸很多次下一把該贏了」就是違反這條。

算例:骰子擲到 6,p=16p = \frac{1}{6},平均要擲 6 次;前 3 次都沒擲到的機率 (56)3(\frac{5}{6})^3。

連續版本是指數分布;可靠度工程、排隊理論、「收集全套要買幾包」(coupon collector)都從它出發。

例題

每次試驗成功率 13\frac{1}{3},求前 22 次都沒有成功的機率 P(X>2)P(X > 2)(填最簡分數)。

看解法與答案

X>2X > 2 表示前 22 次全部失敗,每次失敗機率 1−13=231 - \frac{1}{3} = \frac{2}{3},各次獨立。

相乘:P(X>2)=(23)2=49P(X>2) = \left(\frac{2}{3}\right)^{2} = \frac{4}{9}。幾何分布的無記憶性 (memoryless) 就來自這個形式。

答案: 49\frac{4}{9}

用在哪裡

插畫

幾何分布:情境插畫幾何分布:例題插畫

學習路徑

先學會

互動練習在本機版

這個網站是觀念與例題的閱讀版。互動練習(每次出不同數字的新題、自動判對錯、錯題本、熟練度與複習排程)在「數學學院」本機版,目前還沒對外開放。