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第 4592 題:二階矩與均值平方的有序對

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  1. 原題與已知條件
  2. 定義與適用範圍
  3. 逐步推導
  4. 逐步反向核對
  5. 結論
  6. 本題覆核與來源綁定

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R0008-04592 · q-20261008-advance-20261010-r06-variance-0042

原題與已知條件

有限歸一化模型;S={0,…,2},F=𝒫(S),質量=[17, 2, 1]、D=20,權重為質量/D;X值=[-16, 2, 17]。依序求 (E[X²], (E[X])²),不要混同兩式。

  • G001 — 有限歸一化模型;S={0,…,2},F=𝒫(S),質量=[17, 2, 1]、D=20,權重為質量/D;X值=[-16, 2, 17]。依序求 (E[X²], (E[X])²),不要混同兩式。

定義與適用範圍

沿用原題明示的論域、假設與來源 MKO 定義。本題已完成第二對話數理與中英語義覆核,並由原始參數逐題獨立重算模型、答案與每個算術步驟;原題仍為 candidate。

逐步推導

S001 · calculation

操作前

total mass numerator := sum(17, 2, 1)

操作後

total mass numerator = 20

條件:無

所有非負質量必須和D相同,才給總機率1。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001

S002 · calculation

操作前

probability weight0 := div(17, 20)

操作後

probability weight0 = 17/20

條件:無

按原索引將質量除以共同正分母D。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S001

S003 · calculation

操作前

probability weight1 := div(2, 20)

操作後

probability weight1 = 1/10

條件:無

按原索引將質量除以共同正分母D。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S002

S004 · calculation

操作前

probability weight2 := div(1, 20)

操作後

probability weight2 = 1/20

條件:無

按原索引將質量除以共同正分母D。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S003

S005 · implies

操作前

values=[-16, 2, 17];weights=[17/20, 1/10, 1/20]

操作後

known finite probability law,not a sampled estimate

條件:無

這是完整歸一化機率模型,變異數用其機率權重;不是n−1樣本估計,零質量結果仍保留原索引。

步驟識別與依賴

規則:probability_variance_scope · 依賴:G001, S004

S006 · calculation

操作前

target variable weighted value0 := mul(17/20, -16)

操作後

target variable weighted value0 = -68/5

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S005

S007 · calculation

操作前

target variable weighted value1 := mul(1/10, 2)

操作後

target variable weighted value1 = 1/5

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S006

S008 · calculation

操作前

target variable weighted value2 := mul(1/20, 17)

操作後

target variable weighted value2 = 17/20

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S007

S009 · calculation

操作前

target variable mean := sum(-68/5, 1/5, 17/20)

操作後

target variable mean = -251/20

條件:無

全部加權項相加求精確均值。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S008

S010 · calculation

操作前

pointwise square0 := square(-16)

操作後

pointwise square0 = 256

條件:無

二階矩是先逐點平方再加權。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S009

S011 · calculation

操作前

pointwise square1 := square(2)

操作後

pointwise square1 = 4

條件:無

二階矩是先逐點平方再加權。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S010

S012 · calculation

操作前

pointwise square2 := square(17)

操作後

pointwise square2 = 289

條件:無

二階矩是先逐點平方再加權。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S011

S013 · calculation

操作前

squared variable weighted value0 := mul(17/20, 256)

操作後

squared variable weighted value0 = 1088/5

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S012

S014 · calculation

操作前

squared variable weighted value1 := mul(1/10, 4)

操作後

squared variable weighted value1 = 2/5

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S013

S015 · calculation

操作前

squared variable weighted value2 := mul(1/20, 289)

操作後

squared variable weighted value2 = 289/20

條件:無

同索引機率乘同索引值,負值及零權重均精確保留。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S014

S016 · calculation

操作前

squared variable mean := sum(1088/5, 2/5, 289/20)

操作後

squared variable mean = 4649/20

條件:無

全部加權項相加求精確均值。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S015

S017 · calculation

操作前

mean squared := square(-251/20)

操作後

mean squared = 63001/400

條件:無

均值平方則先加權求均值,再平方;次序不同。

步驟識別與依賴

規則:exact_rational_arithmetic · 依賴:G001, S016

S018 · implies

操作前

E[X²]=4649/20;(E[X])²=63001/400

操作後

Var(X)=E[X²]−(E[X])² under this finite law

條件:無

這兩個數不可混同,其差才是完整機率模型的變異數;本題依序回報兩個數,不做樣本修正。

步驟識別與依賴

規則:second_moment_vs_squared_mean · 依賴:G001, S017

逐步反向核對

  • S018 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。
  • S017 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 mean squared,不以小數近似替代。
  • S016 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 squared variable mean,不以小數近似替代。
  • S015 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 squared variable weighted value2,不以小數近似替代。
  • S014 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 squared variable weighted value1,不以小數近似替代。
  • S013 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 squared variable weighted value0,不以小數近似替代。
  • S012 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 pointwise square2,不以小數近似替代。
  • S011 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 pointwise square1,不以小數近似替代。
  • S010 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 pointwise square0,不以小數近似替代。
  • S009 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 target variable mean,不以小數近似替代。
  • S008 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 target variable weighted value2,不以小數近似替代。
  • S007 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 target variable weighted value1,不以小數近似替代。
  • S006 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 target variable weighted value0,不以小數近似替代。
  • S005 · premise_and_result_audit — 回到原始資料與本步條件核對,不把單向推論誤稱等價。
  • S004 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 probability weight2,不以小數近似替代。
  • S003 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 probability weight1,不以小數近似替代。
  • S002 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 probability weight0,不以小數近似替代。
  • S001 · premise_and_result_audit — 以精確有理數重算 total mass numerator,不以小數近似替代。

結論

(4649/20, 63001/400)

依上列完整代值及條件核對得到原題答案;原題編號、格式與狀態保持不變。

本題覆核與來源綁定

覆核日期:2026-10-26

原題、答案、步驟表達式、數值 AST 與既有歷史保持原樣;原來的候選狀態屬於來源歷史,不覆寫為形式化證明。

來源雜湊與覆核憑證
  • input commit: 0f7be61e2c22317a4075561dc822c87d881a50db
  • original question SHA-256: b1ee1f9a036320ed907afd20102c0f7d548c26fda458379d988a2e9871c94bf4
  • candidate record SHA-256: 1f7612e3ba5ccb1a4e6dba54162e2bf3ec3717b1f5f2e7fa7ed74f65c14ec5b2
  • semantic review receipt SHA-256: b6e05a3e8193a93db505dbf337528fca72e2e41528b1e92b698a3f0683d74289
  • question-first witness SHA-256: caa8693baf0b91acd09a20215d1aa6954ae513fc0b0814f26ac1c8c834b60d67
  • Lean: NOT_RUN · human review: NOT_PERFORMED
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