累積関数とヒストグラム - 04

・逐次反応

ここでは簡単に三状態の逐次反応を考えましょう

\(\Large \displaystyle \ce{A ->C[k_1] B ->C[k_2] C} \)

 

その確率密度は,

\(\Large \displaystyle P(x) = \frac{k_1 \cdot k_2}{k_2-k_1} \cdot [exp (-k_1 \ x) - exp (-k_2 \ x)] \)

ここで,係数は規格化(トータル1)のためなので,無視して,間隔dでのヒストグラムでの総和Nは,

\(\Large \displaystyle N = A_0 \sum_{i=0}^ \infty \left[ exp (-k_1 \ d \ i) - exp (-k_2 \ d \ i) \right] \)

と比例係数,A0,を含んだ式となります.

となります.それぞれ独立に積分できるので,

\(\Large \displaystyle y_1 = \sum_{i=0}^\infty \left[ exp (-k_1 \ d \ i) \right] = 1 + exp(-k_1 d) +exp(-2k_1 d) + \cdots \)

\(\Large \displaystyle y_1 \cdot exp (-k_1 \ d )= exp(-k_1 d) +exp(-2k_1 d) + \cdots \)

したがって,

\(\Large \displaystyle y_1 = \frac{1}{1 - exp (-k_1 \ d )} \)

同様に,

\(\Large \displaystyle y_2 = \frac{1}{1 - exp (-k_2 \ d )} \)

となるので,

\(\Large \displaystyle N = A_0 \left\{ \frac{1}{1 - exp (-k_1 \ d )} + \frac{1}{1 - exp (-k_2 \ d )} \right\} \)

\(\Large \displaystyle = A_0 \frac{\{1 - exp (-k_2 \ d )\} - \{1 - exp (-k_1 \ d )\}}{ \{ 1 - exp (-k_1 \ d ) \} \{ 1 - exp (-k_2 \ d ) \} } \)

\(\Large \displaystyle = A_0 \frac{ exp (-k_1 \ d )\} - exp (-k_2 \ d )}{ \{ 1 - exp (-k_1 \ d ) \} \{ 1 - exp (-k_2 \ d ) \} } \)

したがって,

\(\Large \displaystyle A_0 = N \frac{ \{ 1 - exp (-k_1 \ d ) \} \{ 1 - exp (-k_2 \ d ) \} } { exp (-k_1 \ d )\} - exp (-k_2 \ d )}\)

と表すことができます.

 

・実際の計算

実際に,ランダム関数から指数分布を二つ作成して(詳細はここ),その時間の和’をとりました.,k,dを色々変えて計算させると,

k1=0.15, k2=0.2, d=1, N=1000, -> A0=0.602, Peak=63.44

 

k1=0.15, k2=0.2, d=1.5, N=1000, -> A0=0.905, Peak=95.457

k1=0.1, k2=0.2, d=1.5, N=1000, -> A0=0.301, Peak=75.282

ときれいにフィットできました.

 

次は,指数分布,の場合です.

 

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