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과학

큰 수의 법칙

큰 수의 법칙과학
영문명
Law of large numbers
다른 이름
대수의 법칙
대상
표본평균의 수렴
대표적인 극한
공통 기댓값
큰 수의 법칙은 적절한 조건에서 관측값의 평균이 표본 크기가 커질수록 기댓값에 가까워진다는 정리다. 대수의 법칙이라고도 부르며, 유한한 시행에서 오차가 반드시 사라진다는 뜻은 아니다.

평균이 가까워진다

독립이고 같은 분포를 따르며 절댓값의 기댓값이 유한한 관측값들에서는 표본평균이 공통 기댓값으로 수렴한다. 공정한 동전의 앞면을 1, 뒷면을 0으로 나타내면 평균은 앞면의 비율이고 기댓값은 1/2다.

한 번 더 던질 때

앞면이 한동안 많이 나왔다고 다음 동전이 뒷면일 확률이 높아지는 것은 아니다. 독립인 공정한 시행이면 다음 결과의 앞면 확률은 여전히 1/2다. 큰 수의 법칙은 과거의 불균형을 다음 결과가 보상해야 한다는 주장이 아니다.

오차가 매번 줄지는 않는다

표본 크기가 한 개 늘어날 때마다 평균이 기댓값에 더 가까워져야 하는 것은 아니다. 중간에 멀어지는 구간도 생길 수 있다. 또 어떤 유한한 횟수에서 평균이 정확히 기댓값과 같아진다는 보편적인 보장도 아니다.

중심극한정리와의 관계

큰 수의 법칙은 평균이 어느 값으로 가까워지는지를 다룬다. 중심극한정리는 평균의 오차를 적절히 확대하여 그 분포가 어떤 모양에 가까워지는지 다룬다. 두 정리는 관련이 있지만 설명하는 수렴의 대상과 필요한 조건을 구별해야 한다.

관련 문서

표본평균 / 기댓값 / 중심극한정리 / 독립사건 / 베르누이 시행 / 확률 / 평균