DSEカンファレンス
数学なんでも相談所YOROZU屋
大蔵陽一
あんた誰?
大蔵陽一です。
数学なんでも相談所YOROZU屋 代表
ビジネスマンのための数理ロジカリスト
一般財団法人 医療経済研究機構 研究員統計サポート
(株)i-globe 統計コンサルタント
SMSデータテック株式会社 新規事業部 人工知能研究教育
世界一数学ができるロックシンガー
チェック項目。
S1 1+4+9+16+25+36を∑を用いて表せる
∑との戦い。
∑(Sigma)は18番目のギリシャ文字で和を表す
∑
どこまで?
どこから?
何を?
𝑘=1
10
𝑘 = 1 + 2 + 3 + ⋯ + 9 + 10
∑、使ってみる。
𝑘=1
10
𝑘 = 1 + 2 + 3 + ⋯ + 9 + 10
・関数なの?→残念ながら違います。
・中は𝑘じゃないとダメなの?→そんなことはないですよ。
𝑘=1
10
𝑘 = 1 + 2 + 3 + ⋯ + 9 + 10=
𝑖=1
10
𝑖 = 1 + 2 + 3 + ⋯ + 9 + 10
よくある勘違い。(い)
・文字がたくさん入るとわかりません→(その気持ち)わかります。
・
𝑘=1
𝑛
𝑘 = 1 + 2 + 3 + ⋯ + 𝑛 − 1 + 𝑛
・
𝑘=1
𝑛
𝑛𝑘 = 𝑛・1 + ・2 + 𝑛・3 + ⋯ + 𝑛・(𝑛 − 1) + 𝑛・𝑛
慣れるまでは∑を書き下すとよいでしょう。
よくある勘違い。(ろ)
∑のクオリア。
自然数の増加に伴ってどのように項(足していく数)が変わるか、つま
りアルゴリズムを理解して数学の記号に言語化する。
チェック項目にもどる。
まずは「自然数の増加とどう対応しているか」を考える。
どうやら
1,2,3,…に対して12
, 22
, 32
,…
となってそう(誘導)。
S1 1+4+9+16+25+36を∑を用いて表せる
チェック項目にもどる。
なるほど、
「自然数を1から6まで2乗しながら足していけばいいのか。」
シグマの記法によると
𝑘=1
6
𝑘2
となる。
S1 1+4+9+16+25+36を∑を用いて表せる
∑のルール。
∑には気持ちの良いルールがあります Well-Behavior
<線形性>
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
は?
線形性とは。
・足し算は計算の順番を入れ替えても結果は同じだよね!という結合法則
(例) 1 + 2 + 3 + 7 + 8 + 9 = 1 + 9 + 2 + 8 + 3 + 7 = 10 + 10 + 10 = 30
・全部に同じ数がかけられているならあとからかけても結果は同じだよね!という分配法則
(例) 1 × 5 + 2 × 5 + 3 × 5 = 1+2+3 × 5 = 6 × 5 = 30
を一般化したものといえる。
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
線形性とは。
こんな例で計算してみましょう。
(線形性の強力さを示すには足りないくらいのほんの一例)
3+5+7+9+11+2+5+8+11
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
線形性とは。
まずは
3+5+7+9+11+2+5+8+11
を∑を使って書いてみましょう。
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
線形性とは。
3+5+7+9+11+2+5+8+11 を∑を使って書いてみましょう。
これは結構変な問題。。
𝑘=1
4
(2𝑘 + 1) +
𝑘=1
4
(3𝑘 − 1)
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
線形性とは。
3+5+7+9+11+2+5+8+11 を∑を使って書いてみましょう
線形性を使うと…
𝑘=1
4
(2𝑘 + 1) +
𝑘=1
4
(3𝑘 − 1) =
𝑘=1
4
{(2𝑘 + 1) + (3𝑘 − 1)}
=
𝑘=1
4
5𝑘
𝛼
𝑘=1
𝑛
𝑎 𝑘 + 𝛽
𝑘=1
𝑛
𝑏 𝑘 =
𝑘=1
𝑛
𝛼𝑎 𝑘 + 𝛽𝑏 𝑘
←シンプルな形に
計算しなくていいのか。
チェック項目にはあくまで「1+4+9+16+25+36を∑を用いて表せる」となって
いるところがポイント。
・出来るに越したことはないがまずは“表せる”ようになれ、と?
・表わすことができれば計算機の出番なのか
・計算エンジンの内部をいじったり新しい統計量の開発は絶望的
みんな大好き∑の公式。
𝑘=1
𝑛
𝛼 = 𝛼𝑛
𝑘=1
𝑛
𝑘 =
𝑛 𝑛 + 1
2
𝑘=1
𝑛
𝑘2 =
𝑛 𝑛 + 1 2𝑛 + 1
6
∑をつかう場面。
統計的にはいっぱい使います。
平均値、標本分散、相関係数、ニューラルネットワーク、回帰分析や機
械学習でもオンパレード
データがあって足し算があれば間違いなく出てきます。
∑をつかう場面。
普段つかうことはありますか?
こんなことができたらもっとDS的にいいかも。
R,Pythonでやってみたいんだが…
Qiitaより。
def f(n) :
return 3 * n - 2
def sigma(func, frm, to):
result = 0;
for i in range(frm, to+1):
result += func(i)
print(result)
sigma(f, 1, 4) #22
∑を学ぶためにはどーしたらいい?
数学は言語だ!双方向の翻訳をつねにやっていく必要がある!
・∑で書いてあるものは書き下す
・和があったら∑にしてみる
計算は表現の次のステップ
・計算練習は必要な人だけと言わずトライしてみて(高校数学の教科書でおk)
・内部構造が気になる、ツール等を天下り的に使いたくないなら∑の闇は深い
∑を教えるための練習問題。
1. 次の式を書き下しなさい。
(1)
1
𝑛
𝑘=1
𝑛
𝑥 𝑘 − 𝑥 2
(2)
𝑘=2
∞
𝑎 𝑘 − 𝑎 𝑘−1
𝑘
※ただし𝑎 𝑘は𝑘番目の素数を表す。(𝑎 𝑘 = 2,3,5,7,11,13,17, …)
∑を教えるための練習問題。
1. 次の式を書き下しなさい。
(1)
1
𝑛
𝑘=1
𝑛
𝑥 𝑘 − 𝑥 2
=
1
𝑛
{ 𝑥1 − 𝑥 2
+ 𝑥2 − 𝑥 2
+ ⋯ + 𝑥 𝑛 − 𝑥 2
}
(2)
𝑘=2
∞
𝑎 𝑘 − 𝑎 𝑘−1
𝑘 = 3 − 2 2 + 5 − 3 3 + 7 − 5 4 + ⋯
※ただし𝑎 𝑘は𝑘番目の素数を表す。(𝑎 𝑘 = 2,3,5,7,11,13,17, …)
∑を教えるための練習問題。
2. 次の式を∑で書きなさい。
(1)
12+24+40+60+84…
(2)
5-10+15-20+25-30
∑を教えるための練習問題。
2. 次の式を∑で書きなさい。
(1)
𝑘=2
∞
2𝑘 𝑘 + 1 =
𝑘=1
∞
2(𝑘 + 1)(𝑘 + 2)
(2)
𝑘=1
6
5𝑘 −1 𝑘−1
∑を教えるための練習問題。
3. 次の式を∑を用いて書きなさい。
22 × 42 × 82 × 162
皆さん(議論)お疲れ様でした。ということを願っています…
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