指数分布とは

しすうぶんぷ

ランダムに起こる出来事の間隔や、故障率が一定の部品の故障までの時間が従う連続の確率分布。発生率をλとすると、時間tまでに起こらない確率は e^(−λt) で、平均は 1/λ になる。それまでに経過した時間によらず、この先の時間の分布が変わらない無記憶性を持つ。到着の数がポアソン分布に従うときの到着の間隔や、偶発故障期の故障までの時間のモデルとして使われ、待ち行列のM/M/1モデルの前提にもなっている。

「指数分布」は、2分野の3問の練習問題に出てきます(確率・統計と待ち行列, 信頼性など)。

この用語の分野: 確率・統計と待ち行列

指数分布の練習問題に挑戦

ある装置の故障までの時間は、平均1,000時間の指数分布に従う。e^(−0.5) ≈ 0.61、e^(−1) ≈ 0.37、e^(−1.5) ≈ 0.22 とする。この装置が500時間故障せずに動いているとき、ここからさらに1,000時間以上故障しない確率に最も近いものはどれか。

  1. A0.22
  2. B0.37
  3. C0.61
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正解:B. 0.37

指数分布には、それまでに経過した時間によらず、この先の時間の分布が変わらないという無記憶性があります。そのため、500時間動いた後にさらに1,000時間以上故障しない確率は、新品の装置が1,000時間以上故障しない確率と同じ e^(−1) ≈ 0.37 です。条件付き確率で計算しても、P(T > 1,500) ÷ P(T > 500) = e^(−1.5) ÷ e^(−0.5) = e^(−1) になります。故障率が一定の偶発故障期の部品では、このように使った時間が長いほど壊れやすくなるということがありません。

解説の中の「指数分布」

「指数分布」が出てくる問題(3問)

  1. ある装置の故障までの時間は、平均1,000時間の指数分布に従う。e^(−0.5) ≈ 0.61、e^(−1) ≈ 0.37、e^(−1.5) ≈ 0.22 とする。この装置が500時間故障せずに動いているとき、ここからさらに1,000時間以上故障しない確率に最も近いものはどれか。
  2. 故障率λが一定のとき、時間tまで故障しない確率(信頼度)R(t)を表す式はどれか。
  3. サーバへの要求が、1分あたり平均6件のポアソン到着(互いに独立なランダムな到着)で届く。到着の間隔が従う分布と、その平均の組合せとして、適切なものはどれか。

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