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信賴區間

大二 · 機率統計

觀念

點估計 xˉ\bar{x} 只是一個數,信賴區間 (confidence interval) 補上不確定性。母體 σ\sigma 已知、且母體常態(或樣本數夠大,靠 CLT 近似)時,μ\mu 的 (1−α)(1-\alpha) 信賴區間是 xˉ±zα/2σn\bar{x}\pm z_{\alpha/2}\frac{\sigma}{\sqrt{n}} 95% 用 z=1.96z = 1.96、90% 用 1.645、99% 用 2.576。zσ/nz\sigma/\sqrt{n} 叫誤差界 (margin of error)。

正確解讀:若重複抽樣很多次、每次都算區間,約 95% 的區間會蓋住真正的 μ\mu;不是「μ\mu 落在這個區間的機率是 95%」(μ\mu 是固定的數,不是隨機的)。

算例:σ=10\sigma = 10、n=25n = 25、xˉ=100\bar{x} = 100,95% 區間 100±1.96×2=[96.08,103.92]100\pm1.96\times2 = [96.08, 103.92]。要讓誤差界 ≤1\le1,需 n≥(1.96×10/1)2≈385n\ge(1.96\times10/1)^2\approx385。

σ\sigma 未知時改用 tt 分布;民調的「誤差 ±3%」就是 n≈1000n\approx1000 時比例的 95% 誤差界。

例題

x̄ = 7290%以 x̄ 為中心的 90% 信賴區間,σ/√n = 2?

母體標準差 σ=20\sigma = 20 已知,抽 n=100n = 100 個樣本得 xˉ=72\bar{x} = 72。90%90\% 信賴區間 (confidence interval) 用 z=1.645z = 1.645。求誤差界 (margin of error) zσ/nz\sigma/\sqrt{n}(填精確的小數,如 3.92)。

看解法與答案

誤差界 = z×z\times 標準誤。先算標準誤:σn=20100=2010=2\dfrac{\sigma}{\sqrt{n}} = \dfrac{20}{\sqrt{100}} = \dfrac{20}{10} = 2。

再乘 zz:1.645×2=3.291.645\times2 = 3.29。

答案: 3.293.29

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