測量士・測量士補 過去問ドリル

測量士試験 令和3年度 午前 第5問〔誤差・統計〕解答と解説

令和3年度 第5問🔢 誤差・統計

次の文は,正規分布の性質について述べたものである。[ア] 〜 [ウ] に入る語句の組合せとして最も適当なものはどれか。次の中から選べ。
なお,関数の値が必要な場合は,巻末の関数表を使用すること。
確率変数 x が平均 μ,分散 σ2 の正規分布に従うとき,x 〜 N(μ,σ2)と書くこととする。
二つの互いに独立な確率変数 x1,x2 について,
x1 〜 N(μ1,σ12)
x2 〜 N(μ2,σ22)
のとき,
ax1 + bx2 〜 N(aμ1 + bμ2,a2σ12 + b2σ22)
となることが知られている。ただし,a,b は任意の実数である。
いま,異なる2機種のトータルステーションA,Bを用いて,ある2点間の距離を多数回測定し,気象補正を施したところ,それぞれの距離の測定値 xA,xB の分布は,
xA 〜 N(200.004,0.000004)
xB 〜 N(200.002,0.000008)
となることがわかったとする。
ただし,xA と xB は互いに独立で,それぞれの分布は偶然誤差によって生じるものとし,その他の観測条件は同一であるものとする。なお,測定の単位は m である。
このとき xA,xB の平均がとる確率分布を考えれば,
(xA + xB)/ 2 〜 N([ア],[イ])
となり,標準偏差は [ウ] である。

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解説

💡 平均は (200.004+200.002)/2、分散は (1/2)²×0.000004+(1/2)²×0.000008=0.000003、標準偏差は√3×10⁻³≒0.0017。

問題文に示された「独立な正規分布の一次結合」の公式に、a = b = 1/2 を当てはめるだけの問題。分散には係数の2 乗が掛かる点を落とさないこと。

ア:平均 (1/2) × 200.004 + (1/2) × 200.002 = 200.003
イ:分散 (1/2)2 × 0.000004 + (1/2)2 × 0.000008 = 0.000001 + 0.000002 = 0.000003
ウ:標準偏差 √0.000003 = √3 × 10−3 = 1.73205 × 0.001 ≒ 0.0017(m)

分散を (0.000004 + 0.000008) / 2 = 0.000006 としてしまうと、係数を 2 乗せずに 1/2 を掛けたことになり、選択肢 2・3 の誤りに誘導される。平均を取ると、ばらつきは個々の測定値より小さくなる(0.0017 m は A 単独の 0.002 m、B 単独の約 0.0028 m のどちらよりも小さい)ことも確かめになる。

ア=200.003、イ=0.000003、ウ=0.0017 の組合せは 選択肢 1。