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常態分布

大二 · 機率統計

觀念

μ−2σμ−σμμ+σμ+2σ68%μ±σ:68%μ±2σ:95%μ±3σ:99.7%

常態分布 (normal distribution) N(μ,σ2)N(\mu,\sigma^2) 是鐘形曲線,密度 1σ2πe−(x−μ)22σ2\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}}。它無所不在的原因是中央極限定理:很多小隨機因素相加,結果就趨近常態。

計算一律先標準化:z=x−μσz = \frac{x-\mu}{\sigma} 把任何常態轉成 N(0,1)N(0,1),再查標準常態累積函數 Φ(z)\Phi(z)。常用:Φ(1)=0.8413\Phi(1) = 0.8413、Φ(2)=0.9772\Phi(2) = 0.9772、Φ(1.96)=0.975\Phi(1.96) = 0.975;對稱性 Φ(−z)=1−Φ(z)\Phi(-z) = 1 - \Phi(z)。

算例:身高 N(170,102)N(170, 10^2),P(X<185)=Φ(1.5)=0.9332P(X<185) = \Phi(1.5) = 0.9332;P(160<X<180)=2Φ(1)−1=0.6826P(160<X<180) = 2\Phi(1) - 1 = 0.6826——這就是 68-95-99.7 法則的第一條。反過來,P(X<x)=0.9332P(X<x) = 0.9332 對應 x=170+1.5×10=185x = 170 + 1.5\times10 = 185。

信賴區間、假設檢定、品管的六標準差、金融的 VaR,全部建立在 zz 值與 Φ\Phi 表上。

例題

0204060801001205070N(60, 20²)面積 = ?

X∼N(μ=60,σ=20)X\sim N(\mu = 60, \sigma = 20),求 P(50<X<70)P(50 < X < 70) (已知 Φ(0.5)=0.6915\Phi(0.5) = 0.6915,Φ\Phi 是標準常態累積分布函數)。

看解法與答案

兩端標準化:50−6020=−0.5\dfrac{50 - 60}{20} = -0.5、70−6020=0.5\dfrac{70 - 60}{20} = 0.5,區間對稱於平均。

由對稱性 Φ(−z)=1−Φ(z)\Phi(-z) = 1 - \Phi(z):P=Φ(0.5)−Φ(−0.5)=2Φ(0.5)−1P = \Phi(0.5) - \Phi(-0.5) = 2\Phi(0.5) - 1。

代入:2×0.6915−1=1.383−1=0.3832\times 0.6915 - 1 = 1.383 - 1 = 0.383。

答案: 0.3830.383

用在哪裡

插畫

常態分布:情境插畫常態分布:例題插畫

學習路徑

先學會

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