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確 かく 率 りつ 空間 くうかん (かくりつくうかん、英 えい : probability space )とは、可 か 測 はか 空間 くうかん (S , M ) に確 かく 率 りつ 測度 そくど μ みゅー (S ) = 1 を入 い れた測度 そくど 空間 くうかん (S , M , μ みゅー ) をいう。根元 ねもと 事象 じしょう が無数 むすう にあるなどの場合 ばあい は、確 かく 率 りつ をラプラス の古典 こてん 的 てき 確 かく 率 りつ で定義 ていぎ することができず、確 かく 率 りつ を公理 こうり 的 てき 確 かく 率 りつ として定義 ていぎ することがアンドレイ・コルモゴロフ により提唱 ていしょう されている。確 かく 率 りつ 空間 くうかん とは、そのために必要 ひつよう な概念 がいねん である。
根元 ねもと 事象 じしょう が無数 むすう にある場合 ばあい は、確 かく 率 りつ をラプラス の古典 こてん 的 てき 確 かく 率 りつ で定義 ていぎ することができない。
例 たと えば、コインを投 な げ て表 ひょう が出 で れば 10 円 えん もらえ、裏 うら が出 で れば 10 円 えん を失 うしな うといった賭 か けにおいて、表 ひょう に賭 か け続 つづ けていくという問題 もんだい を考 かんが える。現実 げんじつ 的 てき には疲 つか れたらそこで終了 しゅうりょう となるが、これを半永久 はんえいきゅう 的 てき に毎日 まいにち 賭 か け続 つづ けていったらどうなるかという確 かく 率 りつ 分布 ぶんぷ が考 かんが えられる(運命 うんめい の確 かく 率 りつ )。この場合 ばあい 、数学 すうがく 的 てき に定式 ていしき 化 か するには、すべてのコインの出現 しゅつげん パターンを集 あつ める必要 ひつよう がある。すなわち
表 ひょう 表 ひょう 表 ひょう 表 ひょう …
裏表 うらおもて 表 ひょう 表 ひょう …
表裏 ひょうり 表 ひょう 表 ひょう …
裏 うら 裏表 うらおもて 表 ひょう …
表 おもて 表裏 ひょうり 表 ひょう …
…
が根元 ねもと 事象 じしょう 全体 ぜんたい となる。
これらの根元 ねもと 事象 じしょう 全体 ぜんたい は非 ひ 可算 かさん 無限 むげん 個 こ ある。(なぜなら、事象 じしょう ω おめが に割 わ り当 あ てる確 かく 率 りつ 変 へん 数値 すうち 0.a 1 a 2 …(2) (添 そ え字 じ の (2) は2進 しん 法 ほう 表示 ひょうじ を表 あらわ す)を、ω おめが の i 回 かい 目 め が表 ひょう なら ai = 1 、裏 うら なら ai = 0 とする。このとき、確 かく 率 りつ 変 へん 数値 すうち 全体 ぜんたい からなる集合 しゅうごう は区間 くかん [0, 1] になる。ただし、0.111…(2) = 1.000…(2) のように、1つの確 かく 率 りつ 変 へん 数値 すうち が複数 ふくすう の事象 じしょう を表 あらわ す場合 ばあい があるが、そのような値 ね は有限 ゆうげん 小数 しょうすう を2通 とお りで表示 ひょうじ する場合 ばあい に限 かぎ られ、それら全体 ぜんたい は可算 かさん 個 こ であるから、それらを除 のぞ いても非 ひ 可算 かさん 個 こ ある。)
全 ぜん 事象 じしょう の確 かく 率 りつ は 1 であり、根元 ねもと 事象 じしょう は非 ひ 可算 かさん 無限 むげん 個 こ あり、根元 ねもと 事象 じしょう の確 かく 率 りつ はどれも等 ひと しい(等 とう 確 かく 率 りつ 空間 くうかん )ため、根元 ねもと 事象 じしょう の確 かく 率 りつ は 0 となる。そうすると、根元 ねもと 事象 じしょう の非 ひ 可算 かさん 和 わ に確 かく 率 りつ を割 わ り当 あ てることは古典 こてん 的 てき 確 かく 率 りつ ではできない。このような理由 りゆう から、測度 そくど 論 ろん の知識 ちしき が必要 ひつよう となり、現代 げんだい 的 てき な確率 かくりつ 論 ろん の成立 せいりつ には測度 そくど 論 ろん やルベーグ積分 せきぶん が生 う まれるまで待 ま たなければならなかったのである。一方 いっぽう で、最近 さいきん では測度 そくど 論 ろん の研究 けんきゅう はほとんど確率 かくりつ 論 ろん の研究 けんきゅう と同義 どうぎ になっている。
直観 ちょっかん 的 てき に確 かく 率 りつ 空間 くうかん とは、起 お こりうる事象 じしょう を全 すべ て集 あつ めてきて、それらの頻度 ひんど を表 あらわ す確 かく 率 りつ 関数 かんすう がある空間 くうかん のことである。
確率 かくりつ 論 ろん において、確 かく 率 りつ 測度 そくど とは、可 か 測 はか 空間 くうかん (S , E ) に対 たい し、E 上 うえ で定義 ていぎ され P (S ) = 1 を満 み たす測度 そくど P のことである。
このとき、三 み つ組 ぐみ (S , E , P ) のことを確 かく 率 りつ 空間 くうかん と呼 よ ぶ。さらに、集合 しゅうごう S を標本 ひょうほん 空間 くうかん 、S の元 もと を標本 ひょうほん あるいは標本 ひょうほん 点 てん 、完全 かんぜん 加法 かほう 族 ぞく E の元 もと を事象 じしょう あるいは確 かく 率 りつ 事象 じしょう と呼 よ ぶ。また、E の元 もと としての S を全 ぜん 事象 じしょう という。
事象 じしょう E に対 たい し、P の E における値 ね P (E ) を、事象 じしょう E の確 かく 率 りつ という。つまり、E は確 かく 率 りつ が定義 ていぎ できることがら全体 ぜんたい である。
S の部分 ぶぶん 集合 しゅうごう が必 かなら ずしも事象 じしょう とは限 かぎ らないことに注意 ちゅうい されたい。
実数 じっすう からなる区間 くかん [0, 1] とそのボレル集合 しゅうごう 族 ぞく B からなる可 か 測 はか 空間 くうかん ([0, 1], B ) 上 うえ でルベーグ測度 そくど μ みゅー を考 かんが えれば、μ みゅー ([0, 1]) の値 ね は区間 くかん の長 なが さ |[0, 1]| = 1 − 0 = 1 に等 ひと しいので、μ みゅー は ([0, 1], B ) 上 うえ の確 かく 率 りつ 測度 そくど であり、三 み つ組 ぐみ ([0, 1], B , μ みゅー ) は確 かく 率 りつ 空間 くうかん になる。
サイコロ投 な げの確 かく 率 りつ 空間 くうかん は次 つぎ のようなものである:S = {1, 2, 3, 4, 5, 6}, E = 2S , P ({k }) = 1 / 6 (k = 1, 2, 3, 4, 5, 6)
確 かく 率 りつ 測度 そくど の定義 ていぎ は、コルモゴロフ による次 つぎ の確 かく 率 りつ の公理 こうり の形 かたち にまとめることができる。
第 だい 一 いち 公理 こうり :確 かく 率 りつ は 0 以上 いじょう 1 以下 いか である:0 ≤ P (E ) ≤ 1 for all E ∈ E 。
第 だい 二 に 公理 こうり :全 ぜん 事象 じしょう S の確 かく 率 りつ は 1 である:P (S ) = 1 。
第 だい 三 さん 公理 こうり :完全 かんぜん 加法 かほう 的 てき である;互 たが いに素 もと な可 か 測 はか 集合 しゅうごう 列 れつ {Ek }k ∈N に対 たい して、
P
(
⋃
k
∈
N
E
k
)
=
∑
k
∈
N
P
(
E
k
)
{\displaystyle P{\Bigl (}\textstyle \bigcup \limits _{k\in \mathbb {N} }E_{k}{\Bigr )}=\sum \limits _{k\in \mathbb {N} }P(E_{k})}
。
竹之内 たけのうち 脩 おさむ 『ルベーグ積分 せきぶん 』培風館 ばいふうかん 〈現代 げんだい 数学 すうがく レクチャーズ〉、1980年 ねん 9月 がつ 。