浅野 晃
関西大学総合情報学部
2022年度秋学期 応用数学(解析)
第3部・微分方程式に関する話題 生存時間分布と半減期
第10回
2
2
今日は,「寿命」を扱う微分方程式🤔🤔
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命は「確率変数」
3
人間の寿命は,各個人によってばらばら
機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命は「確率変数」
3
人間の寿命は,各個人によってばらばら
機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら
その理由は「偶然」
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命は「確率変数」
3
人間の寿命は,各個人によってばらばら
機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら
その理由は「偶然」
寿命は[確率変数]であるという
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命は「確率変数」
3
人間の寿命は,各個人によってばらばら
機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら
その理由は「偶然」
寿命は[確率変数]であるという
寿命がいくらである確率がどのくらいであるかを
表すのが[確率分布]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
単位時間
あたり
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
単位時間
あたり
17
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寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
単位時間
あたり
次の瞬間
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
単位時間
あたり
次の瞬間
l(t) は
時刻tまで生存している人が
次の瞬間に死ぬ危険の度合
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
寿命の確率分布を考える
4
寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻)
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
時刻 t までは確かに生存している人が
時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
単位時間
あたり
次の瞬間
l(t) は
時刻tまで生存している人が
次の瞬間に死ぬ危険の度合
[ハザード関数]
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累積分布関数と「生存関数」
5
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
17
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累積分布関数と「生存関数」
5
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
この場合,寿命が t 以下である確率
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
累積分布関数と「生存関数」
5
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
この場合,寿命が t 以下である確率
S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
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2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
累積分布関数と「生存関数」
5
時刻 t の時点でまだ生きている確率
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
この場合,寿命が t 以下である確率
S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
累積分布関数と「生存関数」
5
時刻 t の時点でまだ生きている確率
ハザード関数は「瞬間瞬間の死亡の危険」
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
この場合,寿命が t 以下である確率
S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
累積分布関数と「生存関数」
5
時刻 t の時点でまだ生きている確率
ハザード関数は「瞬間瞬間の死亡の危険」
確率変数 T に対して [累積分布関数]
F(t) = P(T ≤ t)
この場合,寿命が t 以下である確率
S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
生存関数は,ある時間がたったとき,まだ生きている確率
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
t t + Δt
17
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
t t + Δt
青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t)
17
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
t t + Δt
青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t)
青い部分 の高さ =
F(t + Δt) − F(t)
Δt
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
t t + Δt
青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t)
青い部分 の高さ =
F(t + Δt) − F(t)
Δt
その の極限
Δt → 0 lim
Δt→0
F(t + Δt) − F(t)
Δt
= F′(t)
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(ところで)累積分布関数と確率密度関数
6
ヒストグラム 柱の面積が確率を表す
t
グレーの部分の面積 P(T ≤ t)
t
連続型になると
グレーの部分の面積 = P(T ≤ t)
ヒストグラム(だったもの)の「へり」
[確率密度関数] f(t)
[累積分布関数] F(t)
t t + Δt
青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t)
青い部分 の高さ =
F(t + Δt) − F(t)
Δt
その の極限
Δt → 0 lim
Δt→0
F(t + Δt) − F(t)
Δt
= F′(t)
すなわち f(t) = F′(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
7
l(t) = lim
∆→0
1
∆
P(t < T < t + ∆|T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P{(t < T < t + ∆) and (T > t)}
P(T > t)
= lim
∆→0
1
∆
·
P(t < T < t + ∆)
P(T > t)
(条件付確率の定義)
含まれる
F(t) = P(T ≤ t)
(累積分布関数の定義)
=
1
P(T > t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
17
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生存関数とハザード関数
8
=
1
P(T > t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
=
1
P(T > t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T > t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T > t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T > t)
F
(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
(生存関数の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
(生存関数の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
(生存関数の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
S
(t) = (1 − F(t))
= −F
(t) = −f(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
(生存関数の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
S
(t) = (1 − F(t))
= −F
(t) = −f(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
生存関数とハザード関数
8
(微分の定義)
(生存関数の定義)
=
1
P(T  t)
lim
∆→0
F(t + ∆) − F(t)
∆
l(t)
( )
=
1
P(T  t)
F
(t)
(確率密度関数)
f(t) = F(t)
=
f(t)
S(t)
l(t) S(t) = P(T  t)
S
(t) = (1 − F(t))
= −F
(t) = −f(t)
以上から l(t) = −
S(t)
S(t)
という微分方程式が得られる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
1
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
1
0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
1
0
C = 0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
よって という解が得られる
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
1
0
C = 0
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
微分方程式を解く
9
l(t) = −
S(t)
S(t)
= −
d
dt
(log S(t))
(両辺を積分)
−
 t
0
l(u)du = log S(t) + C
よって という解が得られる
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1
つまり S(0) = 1
t = 0 のとき S(0) = 1 だから
0
0
0
1
0
C = 0
ハザード関数と生存関数の関係
10
10
ワイブル分布と指数分布📈📈
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
S(t) = exp

−
 t
0
λp(λu)p−1
du

= exp

− [(λu)p
]u=t
u=0

= exp (−(λt)p
)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
S(t) = exp

−
 t
0
λp(λu)p−1
du

= exp

− [(λu)p
]u=t
u=0

= exp (−(λt)p
)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
S(t) = exp

−
 t
0
λp(λu)p−1
du

= exp

− [(λu)p
]u=t
u=0

= exp (−(λt)p
)
微積分の関係
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
S(t) = exp

−
 t
0
λp(λu)p−1
du

= exp

− [(λu)p
]u=t
u=0

= exp (−(λt)p
)
微積分の関係
F(t) = 1 − S(t) = 1 − exp (−(λt)p
)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布
11
この形の累積分布関数をもつ確率分布を[ワイブル分布]とよぶ
ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1
と仮定する
S(t) = exp

−
 t
0
l(u)du

に代入
S(t) = exp

−
 t
0
λp(λu)p−1
du

= exp

− [(λu)p
]u=t
u=0

= exp (−(λt)p
)
微積分の関係
F(t) = 1 − S(t) = 1 − exp (−(λt)p
)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは,
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
0  p  1 のときは,
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
0  p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が負
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
0  p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が負
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
0  p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が負
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
12
パラメータは λ と p
l(t) = λp(λt)p−1
λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
死亡・故障する危険が
どの時刻でも大きくなる
p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が正
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
0  p  1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1
の指数が負
時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる [初期故障]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブル分布のパラメータ
13
t
F(t)
F(t) = 1 – e–t4
F(t) = 1 – e–t2
経過時間
累積分布関数
(ある時刻までに死亡・
故障したものの割合)
p = 2 の場合と p = 4 の場合
どちらも摩耗故障(時間につれて故障しやすくなる)
p = 4 のほうが,急激に故障が増える
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
= log {(λt)p
}
= p(log t + log λ)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
= log {(λt)p
}
= p(log t + log λ)
Y
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
= log {(λt)p
}
= p(log t + log λ)
Y
X
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
= log {(λt)p
}
= p(log t + log λ)
Y
X
Y = p(X + log λ)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
ワイブルプロット
14
実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い,
ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
S(t) = exp (−(λt)p
) より
1
S(t)
= exp ((λt)p
)
log

log

1
S(t)

= log {log (exp ((λt)p
))}
両辺の対数を2回とる
= log {(λt)p
}
= p(log t + log λ)
Y
X
Y = p(X + log λ)
時刻を上の X ,その時刻での生存割合を上の Y に変換してプロット
→並びを近似する直線の傾きが p
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
ハザード関数は l(t) = λ
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
ハザード関数は l(t) = λ
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
[偶発故障]
ハザード関数は l(t) = λ
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
[偶発故障]
ハザード関数は l(t) = λ
累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt
S(t) = e−λt
生存関数は
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
[偶発故障]
ハザード関数は l(t) = λ
[指数分布]
累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt
S(t) = e−λt
生存関数は
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
[偶発故障]
ハザード関数は l(t) = λ
[指数分布]
累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt
S(t) = e−λt
生存関数は
放射性原子核は,どの時刻においても,その時点で
存在する核のうち一定の割合が崩壊する
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
指数分布
15
で p = 1 の場合
l(t) = λp(λt)p−1
死亡・故障する危険が時刻によらず一定
[偶発故障]
ハザード関数は l(t) = λ
[指数分布]
累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt
S(t) = e−λt
生存関数は
放射性原子核は,どの時刻においても,その時点で
存在する核のうち一定の割合が崩壊する
ハザード関数が一定で,指数分布にしたがう
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
対数をとる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
−λt
= − log 2 − λt
t
− t =
log 2
λ
対数をとる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
原子核の数が半分になるまでの時間
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
−λt
= − log 2 − λt
t
− t =
log 2
λ
対数をとる
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
原子核の数が半分になるまでの時間
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
−λt
= − log 2 − λt
t
− t =
log 2
λ
対数をとる
t によらず一定
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
半減期
16
ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は,
どの時刻でも一定
原子核の数が半分になるまでの時間
指数分布の生存関数
時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする
t t′
S(t
) =
1
2
S(t)
S(t) = e−λt
e−λt
=
1
2
e−λt
−λt
= − log 2 − λt
t
− t =
log 2
λ
対数をとる
t によらず一定 [半減期]
17
2022年度秋学期 応用数学(解析) / 関西大学総合情報学部 浅野 晃
今日のまとめ
17
集団中の個体の数が
死亡・故障によって減少して行く この現象を表す
微分方程式
解に仮定を持ち込むことで,
ワイブル分布,指数分布といった
「死亡・故障による現象のモデル」が導かれる

2022年度秋学期 応用数学(解析) 第10回 生存時間分布と半減期 (2022. 12. 1)

  • 1.
  • 2.
  • 3.
  • 4.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命は「確率変数」 3 人間の寿命は,各個人によってばらばら 機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら
  • 5.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命は「確率変数」 3 人間の寿命は,各個人によってばらばら 機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら その理由は「偶然」
  • 6.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命は「確率変数」 3 人間の寿命は,各個人によってばらばら 機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら その理由は「偶然」 寿命は[確率変数]であるという
  • 7.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命は「確率変数」 3 人間の寿命は,各個人によってばらばら 機械の寿命も,同じ型でも個体によってばらばら その理由は「偶然」 寿命は[確率変数]であるという 寿命がいくらである確率がどのくらいであるかを 表すのが[確率分布]
  • 8.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t)
  • 9.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
  • 10.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
  • 11.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
  • 12.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率
  • 13.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率 単位時間 あたり
  • 14.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率 単位時間 あたり
  • 15.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率 単位時間 あたり 次の瞬間
  • 16.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率 単位時間 あたり 次の瞬間 l(t) は 時刻tまで生存している人が 次の瞬間に死ぬ危険の度合
  • 17.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 寿命の確率分布を考える 4 寿命を表す確率変数 T (時刻0に誕生した人が死亡する時刻) l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 時刻 t までは確かに生存している人が 時刻 t 以後,時間Δの間に死亡する確率 単位時間 あたり 次の瞬間 l(t) は 時刻tまで生存している人が 次の瞬間に死ぬ危険の度合 [ハザード関数]
  • 18.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t)
  • 19.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t) この場合,寿命が t 以下である確率
  • 20.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t) この場合,寿命が t 以下である確率 S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
  • 21.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 時刻 t の時点でまだ生きている確率 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t) この場合,寿命が t 以下である確率 S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
  • 22.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 時刻 t の時点でまだ生きている確率 ハザード関数は「瞬間瞬間の死亡の危険」 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t) この場合,寿命が t 以下である確率 S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数]
  • 23.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 累積分布関数と「生存関数」 5 時刻 t の時点でまだ生きている確率 ハザード関数は「瞬間瞬間の死亡の危険」 確率変数 T に対して [累積分布関数] F(t) = P(T ≤ t) この場合,寿命が t 以下である確率 S(t) = 1 − F(t) = P(T > t) [生存関数] 生存関数は,ある時間がたったとき,まだ生きている確率
  • 24.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t)
  • 25.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t) t t + Δt
  • 26.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t) t t + Δt 青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t)
  • 27.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t) t t + Δt 青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t) 青い部分 の高さ = F(t + Δt) − F(t) Δt
  • 28.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t) t t + Δt 青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t) 青い部分 の高さ = F(t + Δt) − F(t) Δt その の極限 Δt → 0 lim Δt→0 F(t + Δt) − F(t) Δt = F′(t)
  • 29.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 (ところで)累積分布関数と確率密度関数 6 ヒストグラム 柱の面積が確率を表す t グレーの部分の面積 P(T ≤ t) t 連続型になると グレーの部分の面積 = P(T ≤ t) ヒストグラム(だったもの)の「へり」 [確率密度関数] f(t) [累積分布関数] F(t) t t + Δt 青い部分 の面積 = P(t ≤ T ≤ t + Δt) = F(t + Δt) − F(t) 青い部分 の高さ = F(t + Δt) − F(t) Δt その の極限 Δt → 0 lim Δt→0 F(t + Δt) − F(t) Δt = F′(t) すなわち f(t) = F′(t)
  • 30.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 31.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 32.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 33.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 34.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 35.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 36.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 37.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 38.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 39.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 40.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 41.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 42.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 43.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 7 l(t) = lim ∆→0 1 ∆ P(t < T < t + ∆|T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P{(t < T < t + ∆) and (T > t)} P(T > t) = lim ∆→0 1 ∆ · P(t < T < t + ∆) P(T > t) (条件付確率の定義) 含まれる F(t) = P(T ≤ t) (累積分布関数の定義) = 1 P(T > t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ 寿命 T ハザード関数 l(t) 累積分布関数 F(t)
  • 44.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 = 1 P(T > t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t)
  • 45.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 = 1 P(T > t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t)
  • 46.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T > t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t)
  • 47.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T > t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T > t) F (t)
  • 48.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t)
  • 49.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t)
  • 50.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t)
  • 51.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t)
  • 52.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) (生存関数の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t)
  • 53.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) (生存関数の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t)
  • 54.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) (生存関数の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t) S (t) = (1 − F(t)) = −F (t) = −f(t)
  • 55.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) (生存関数の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t) S (t) = (1 − F(t)) = −F (t) = −f(t)
  • 56.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 生存関数とハザード関数 8 (微分の定義) (生存関数の定義) = 1 P(T t) lim ∆→0 F(t + ∆) − F(t) ∆ l(t) ( ) = 1 P(T t) F (t) (確率密度関数) f(t) = F(t) = f(t) S(t) l(t) S(t) = P(T t) S (t) = (1 − F(t)) = −F (t) = −f(t) 以上から l(t) = − S(t) S(t) という微分方程式が得られる
  • 57.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t))
  • 58.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分)
  • 59.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C
  • 60.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1
  • 61.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから
  • 62.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0
  • 63.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0
  • 64.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0
  • 65.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0 1
  • 66.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0 1 0
  • 67.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0 1 0 C = 0
  • 68.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C よって という解が得られる S(t) = exp − t 0 l(u)du 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0 1 0 C = 0
  • 69.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 微分方程式を解く 9 l(t) = − S(t) S(t) = − d dt (log S(t)) (両辺を積分) − t 0 l(u)du = log S(t) + C よって という解が得られる S(t) = exp − t 0 l(u)du 時刻0,つまり誕生の瞬間に生存している確率は1 つまり S(0) = 1 t = 0 のとき S(0) = 1 だから 0 0 0 1 0 C = 0 ハザード関数と生存関数の関係
  • 70.
  • 71.
  • 72.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する
  • 73.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入
  • 74.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入 S(t) = exp − t 0 λp(λu)p−1 du = exp − [(λu)p ]u=t u=0 = exp (−(λt)p )
  • 75.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入 S(t) = exp − t 0 λp(λu)p−1 du = exp − [(λu)p ]u=t u=0 = exp (−(λt)p )
  • 76.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入 S(t) = exp − t 0 λp(λu)p−1 du = exp − [(λu)p ]u=t u=0 = exp (−(λt)p ) 微積分の関係
  • 77.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入 S(t) = exp − t 0 λp(λu)p−1 du = exp − [(λu)p ]u=t u=0 = exp (−(λt)p ) 微積分の関係 F(t) = 1 − S(t) = 1 − exp (−(λt)p )
  • 78.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布 11 この形の累積分布関数をもつ確率分布を[ワイブル分布]とよぶ ハザード関数を l(t) = λp(λt)p−1 と仮定する S(t) = exp − t 0 l(u)du に代入 S(t) = exp − t 0 λp(λu)p−1 du = exp − [(λu)p ]u=t u=0 = exp (−(λt)p ) 微積分の関係 F(t) = 1 − S(t) = 1 − exp (−(λt)p )
  • 79.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1
  • 80.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる
  • 81.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる
  • 82.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは,
  • 83.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正
  • 84.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正
  • 85.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる
  • 86.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる
  • 87.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障]
  • 88.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障] 0 p 1 のときは,
  • 89.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障] 0 p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が負
  • 90.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障] 0 p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が負 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる
  • 91.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障] 0 p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が負 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる
  • 92.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 12 パラメータは λ と p l(t) = λp(λt)p−1 λ が大きいと,ハザード関数が全体に大きくなる 死亡・故障する危険が どの時刻でも大きくなる p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が正 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が大きくなる [摩耗故障] 0 p 1 のときは, l(t) = λp(λt)p−1 の指数が負 時間が経つにつれて,死亡・故障する危険が小さくなる [初期故障]
  • 93.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブル分布のパラメータ 13 t F(t) F(t) = 1 – e–t4 F(t) = 1 – e–t2 経過時間 累積分布関数 (ある時刻までに死亡・ 故障したものの割合) p = 2 の場合と p = 4 の場合 どちらも摩耗故障(時間につれて故障しやすくなる) p = 4 のほうが,急激に故障が増える
  • 94.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する
  • 95.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p )
  • 96.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる
  • 97.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる = log {(λt)p } = p(log t + log λ)
  • 98.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる = log {(λt)p } = p(log t + log λ) Y
  • 99.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる = log {(λt)p } = p(log t + log λ) Y X
  • 100.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる = log {(λt)p } = p(log t + log λ) Y X Y = p(X + log λ)
  • 101.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 ワイブルプロット 14 実務では,たくさんの個体で耐久試験を行い, ワイブル分布を仮定して,パラメータを推測する S(t) = exp (−(λt)p ) より 1 S(t) = exp ((λt)p ) log log 1 S(t) = log {log (exp ((λt)p ))} 両辺の対数を2回とる = log {(λt)p } = p(log t + log λ) Y X Y = p(X + log λ) 時刻を上の X ,その時刻での生存割合を上の Y に変換してプロット →並びを近似する直線の傾きが p
  • 102.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1
  • 103.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 ハザード関数は l(t) = λ
  • 104.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 ハザード関数は l(t) = λ
  • 105.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 [偶発故障] ハザード関数は l(t) = λ
  • 106.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 [偶発故障] ハザード関数は l(t) = λ 累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt S(t) = e−λt 生存関数は
  • 107.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 [偶発故障] ハザード関数は l(t) = λ [指数分布] 累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt S(t) = e−λt 生存関数は
  • 108.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 [偶発故障] ハザード関数は l(t) = λ [指数分布] 累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt S(t) = e−λt 生存関数は 放射性原子核は,どの時刻においても,その時点で 存在する核のうち一定の割合が崩壊する
  • 109.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 指数分布 15 で p = 1 の場合 l(t) = λp(λt)p−1 死亡・故障する危険が時刻によらず一定 [偶発故障] ハザード関数は l(t) = λ [指数分布] 累積分布関数は F(t) = 1 − e−λt S(t) = e−λt 生存関数は 放射性原子核は,どの時刻においても,その時点で 存在する核のうち一定の割合が崩壊する ハザード関数が一定で,指数分布にしたがう
  • 110.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定
  • 111.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′
  • 112.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t)
  • 113.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt
  • 115.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt
  • 116.
    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt 対数をとる
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt −λt = − log 2 − λt t − t = log 2 λ 対数をとる
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 原子核の数が半分になるまでの時間 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt −λt = − log 2 − λt t − t = log 2 λ 対数をとる
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 原子核の数が半分になるまでの時間 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt −λt = − log 2 − λt t − t = log 2 λ 対数をとる t によらず一定
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 半減期 16 ある時刻に存在する原子核の数が,その半分になるまでの時間は, どの時刻でも一定 原子核の数が半分になるまでの時間 指数分布の生存関数 時刻 に存在する原子核の数が半分になる時刻を とする t t′ S(t ) = 1 2 S(t) S(t) = e−λt e−λt = 1 2 e−λt −λt = − log 2 − λt t − t = log 2 λ 対数をとる t によらず一定 [半減期]
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    17 2022年度秋学期 応用数学(解析) /関西大学総合情報学部 浅野 晃 今日のまとめ 17 集団中の個体の数が 死亡・故障によって減少して行く この現象を表す 微分方程式 解に仮定を持ち込むことで, ワイブル分布,指数分布といった 「死亡・故障による現象のモデル」が導かれる