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典型 てんけい 的 てき なローレンツ曲線 きょくせん
平成 へいせい 17年度 ねんど 国勢調査 こくせいちょうさ 速報 そくほう を元 もと に作成 さくせい したローレンツ曲線 きょくせん (都道府県 とどうふけん 別 べつ )
ローレンツ曲線 きょくせん (ローレンツきょくせん、英 えい : Lorenz curve )とは、ある分布 ぶんぷ を持 も つ事象 じしょう について、確 かく 率 りつ 変数 へんすう が取 と り得 え る値 ね を変数 へんすう とし、確 かく 率 りつ 変数 へんすう の値 ね が与 あた えられた変数 へんすう の値 ね を超 こ えない範囲 はんい における確 かく 率 りつ 変数 へんすう と対応 たいおう する確 かく 率 りつ の積 せき の和 わ (あるいは確 かく 率 りつ 変数 へんすう と確 かく 率 りつ 密度 みつど 関数 かんすう の積 せき の積分 せきぶん )を、その分布 ぶんぷ に対 たい する確 かく 率 りつ 変数 へんすう の期待 きたい 値 ち で割 わ って規格 きかく 化 か したものとして与 あた えられる関数 かんすう の幾何 きか 学 がく 的 てき な表現 ひょうげん のことである。い換 いか えると、ある集団 しゅうだん に含 ふく まれる下位 かい 集団 しゅうだん に対 たい する期待 きたい 値 ち を全体 ぜんたい の期待 きたい 値 ち で割 わ ったものをその下位 かい 集団 しゅうだん ごとにプロットしたものとも言 い える。
あるいは、確 かく 率 りつ 変数 へんすう の値 ね がある値 ね を下回 したまわ る集団 しゅうだん の割合 わりあい はそれらがとり得 え る確 かく 率 りつ 変数 へんすう の値 ね の上限 じょうげん と一対一 いちたいいち に対応付 たいおうづ けられる ため、全体 ぜんたい に対 たい する下位 かい 集団 しゅうだん の割合 わりあい を変数 へんすう とする関数 かんすう としても表 あらわ すことができる。
ローレンツ曲線 きょくせん は下位 かい 集団 しゅうだん の割合 わりあい を変数 へんすう F として、関数 かんすう L (F ) によって定義 ていぎ される。集団 しゅうだん 全体 ぜんたい の期待 きたい 値 ち を μ みゅー で表 あらわ せば、連続 れんぞく 的 てき な分布 ぶんぷ に対 たい するローレンツ曲線 きょくせん L (F ) は次 つぎ のように定義 ていぎ される。
L
(
F
)
=
∫
0
F
x
(
F
′
)
d
F
′
μ みゅー
{\displaystyle L(F)={\frac {\int _{0}^{F}x(F')\,dF'}{\mu }}}
この定義 ていぎ から明 あき らかなように、期待 きたい 値 ち μ みゅー が 0 または ±∞ であるような分布 ぶんぷ に対 たい しては、ローレンツ曲線 きょくせん を定 さだ めることができない。い換 いか えると、期待 きたい 値 ち が 0 でない有限 ゆうげん の値 ね をとるような集団 しゅうだん に対 たい してのみローレンツ曲線 きょくせん が定義 ていぎ される。
ローレンツ曲線 きょくせん は事象 じしょう の集中 しゅうちゅう 度合 どあ いを評価 ひょうか するために用 もち いられる。1905年 ねん にアメリカの経済 けいざい 学者 がくしゃ 、マックス・O・ローレンツ が発表 はっぴょう した。富 とみ の集中 しゅうちゅう を論 ろん じる際 さい に用 もち いられることが多 おお い。
国家 こっか の所得 しょとく 格差 かくさ の統計 とうけい に当 あ てはめて、ローレンツ曲線 きょくせん について説明 せつめい する。国民 こくみん 一 いち 人 にん 一 いち 人 にん を所得 しょとく が小 ちい さい順 じゅん に並 なら べ、下 した から 10F 割 わり に属 ぞく する人 ひと の所得 しょとく の合計 ごうけい 値 ち が、国民 こくみん 全員 ぜんいん の所得 しょとく の合計 ごうけい 値 ち の 10y 割 わり であるとき、
y
=
L
(
F
)
{\displaystyle y=L(F)}
と表 あらわ される関数 かんすう L (F ) をローレンツ曲線 きょくせん という。
社会 しゃかい に所得 しょとく 格差 かくさ が全 まった く存在 そんざい しなかった場合 ばあい 、ローレンツ曲線 きょくせん は45度 ど 線 せん (均等 きんとう 分配 ぶんぱい 線 せん 、英 えい : line of perfect equality )と一致 いっち する。45度 ど 線 せん とローレンツ曲線 きょくせん とで囲 かこ まれる部分 ぶぶん の面積 めんせき を 2 倍 ばい したものはジニ係数 けいすう を与 あた える。所得 しょとく 格差 かくさ が全 まった く存在 そんざい しない場合 ばあい 、ローレンツ曲線 きょくせん は45度 ど 線 せん と一致 いっち するので、ジニ係数 けいすう は 0 になる。一方 いっぽう で、たった一人 ひとり に全 すべ ての富 とみ が集中 しゅうちゅう している場合 ばあい (=最 もっと も所得 しょとく 格差 かくさ が激 はげ しい場合 ばあい )、ローレンツ曲線 きょくせん は"┘"の形 かたち になるので、ジニ係数 けいすう は 1 になる。以上 いじょう からジニ係数 けいすう は所得 しょとく 格差 かくさ を計 はか る尺度 しゃくど と見 み なせる。
どんな分布 ぶんぷ でも、ローレンツ曲線 きょくせん L (F ) は確 かく 率 りつ 密度 みつど 関数 かんすう f (x ) または累積 るいせき 分布 ぶんぷ 関数 かんすう F (x ) を用 もち いて以下 いか のように書 か くことができる。
L
(
F
)
=
∫
−
∞
x
(
F
)
x
f
(
x
)
d
x
∫
−
∞
∞
x
f
(
x
)
d
x
=
∫
0
F
x
(
F
′
)
d
F
′
∫
0
1
x
(
F
′
)
d
F
′
{\displaystyle L(F)={\frac {\int _{-\infty }^{x(F)}xf(x)\,dx}{\int _{-\infty }^{\infty }xf(x)\,dx}}={\frac {\int _{0}^{F}x(F')\,dF'}{\int _{0}^{1}x(F')\,dF'}}}
ここで x (F ) は累積 るいせき 分布 ぶんぷ 関数 かんすう F (x ) の逆 ぎゃく 関数 かんすう である。逆 ぎゃく 関数 かんすう の性質 せいしつ より、
d
x
(
F
)
d
F
=
1
d
F
(
x
)
d
x
|
x
=
x
(
F
)
=
1
{
d
F
(
x
(
F
)
)
d
x
}
{\displaystyle {\frac {dx(F)}{dF}}={\frac {1}{\left.{\frac {dF(x)}{dx}}\right|_{x=x(F)}}}={\frac {1}{\left\{{\frac {dF(x(F))}{dx}}\right\}}}}
を満 み たすので、積分 せきぶん
∫
−
∞
x
(
F
)
x
f
(
x
)
d
x
{\displaystyle \int _{-\infty }^{x(F)}xf(x)\,dx}
の積分 せきぶん 変数 へんすう を x から F' に変 か えたものは、累積 るいせき 分布 ぶんぷ 関数 かんすう の定義 ていぎ より F (−∞) = 0 となるから、次 つぎ のように書 か き換 か えられる。
∫
0
F
x
(
F
′
)
f
(
x
(
F
′
)
)
d
x
(
F
′
)
d
F
′
d
F
′
=
∫
0
F
x
(
F
′
)
f
(
x
(
F
′
)
)
1
{
d
F
(
x
(
F
′
)
)
d
x
}
d
F
′
{\displaystyle \int _{0}^{F}x(F')f(x(F'))\,{\frac {dx(F')}{dF'}}dF'=\int _{0}^{F}x(F')f(x(F'))\,{\frac {1}{\left\{{\frac {dF(x(F'))}{dx}}\right\}}}dF'}
また累積 るいせき 分布 ぶんぷ 関数 かんすう F (x ) は、対応 たいおう する確 かく 率 りつ 密度 みつど 関数 かんすう の積分 せきぶん f (x ) で置 お き換 か えられる。従 したが って、その導 しるべ 関数 かんすう dF (x )/ dx は確 かく 率 りつ 密度 みつど 関数 かんすう f (x ) を与 あた えるから、変数 へんすう 変換 へんかん 後 ご の積分 せきぶん からは確 かく 率 りつ 密度 みつど 関数 かんすう を消去 しょうきょ することができ、上記 じょうき の積分 せきぶん は以下 いか のように書 か くことができる。
∫
−
∞
x
(
F
)
x
f
(
x
)
d
x
=
∫
0
F
x
(
F
′
)
d
F
′
{\displaystyle \int _{-\infty }^{x(F)}xf(x)\,dx=\int _{0}^{F}x(F')dF'}