マル太の『道草日記』

ほぼ毎日更新――

状態を決める変数 x

 自然界のある部分について――

 ある時刻 t における状態のエントロピー(entropy)は――

 その状態が実現をする確率 p (t) で、

  − ln p (t)

 と表される――ただし、ln は高校の数学で学ぶ自然対数である。

 

 これに、

  S (t)

 と名前を付けることで――

 判ることがある。

 

 それは――

 その状態は、確率 p (t) でエントロピー S (t) を持つに至った――

 ということである。

 

 当然ながら――

 その状態は、他の値のエントロピーを持つ可能性も、あった。

 

 今――

 状態の実現が変数 x で決められる――

 と考えよう。

 

 例えば、

 

  状態 A は x = a で実現をする――

  状態 B は x = b で実現をする――

  状態 C は x = c で実現をする――

   :

  状態 X は x = x で実現をする――

   :

   :

 

 というように――

 である。

 

 この時――

 状態のエントロピーは、時刻 t だけでなく、変数 x ――状態を決める変数 x ――の関数でもある――

 といえる。

 

 よって、状態のエントロピーは、

  S (x, t) = − ln p (x, t)

 と表される。

 

 ここで、

  p (x, t)

 は――

 その状態が実現をする確率である。

 

 状態のエントロピーが、時刻 t の関数だけでなく、変数 x の関数でもあるのなら――

 その状態が実現をする確率も、時刻 t だけでなく、変数 x の関数であるはずだ。

 

 ここで、p (x, t) について、x の全範囲で積分をすると、答えは 1 である。

 つまり、

  ∫ p (x; t) dx = 1

 である――時刻 t において、状態は必ず何らかの形で実現をするはずだからである。

 

 この時――

 ある状態が実現をする前に、その状態が持つと期待をされるエントロピーは――

 先ほどと同様の計算で求められる。

 

 いわゆる期待値の計算である。

 

 具体的には、

 

  ∫ p (x; t) S (x; t) dx

  = ∫ p (x; t)(− ln p (x; t))dx

 

 である。

 

 実は――

 これまでに扱ってきたエントロピー S (t) は――

 これであった。

 

 つまり、

 

  S (t)

  = ∫ p (x; t) S (x; t) dx

  = ∫ p (x; t)(− ln p (x; t))dx

 

 である。

 

 ここで、p (x, t) や S (x, t) を、p (x; t) や S (x; t) と記すのは――

 この積分では x を変数とみて、t を媒介変数とみていることを受けている。

 

 『随に――』