高三下📊 資料與不確定性
二項分布與常態近似
Binomial Distribution and Normal Approximation
公式
E(X) = np | Var(X) = np(1−p)
n 次獨立試驗的成功次數。n 夠大時它的形狀會接近常態分布。
白話解釋
n 次獨立試驗、每次成功機率 p,成功次數 X 服從**二項分布** B(n, p)。
它的兩個關鍵量: **期望值 E(X) = np** **變異數 Var(X) = np(1−p)**,標準差就是開根號。
丟 100 次公正硬幣,期望正面數 = 100 × 0.5 = 50,標準差 = √(100×0.5×0.5) = 5。
最有價值的性質是**常態近似**:當 n 夠大時(實務判準是 np ≥ 5 且 n(1−p) ≥ 5),二項分布的形狀會非常接近**常態分布** N(np, np(1−p))。
這讓我們可以直接套 68–95–99.7 法則。以上面的硬幣為例:約 95% 的情況下,正面數會落在 50 ± 2×5 = **40 到 60** 之間。所以丟 100 次出現 70 次正面是相當異常的——那是離平均 4 個標準差。
這正是**中央極限定理**的一個特例,也是統計推論能夠成立的基礎:不管原始分布長什麼樣,大量獨立事件累加後都會趨近常態。
注意 p 太接近 0 或 1 時分布會偏斜,常態近似就不準了,這時要改用其他方法。
什麼時候用
品質抽驗、民調樣本數估計、遺傳比例、A/B 測試。
最容易錯的地方
- 變異數寫成 np(漏掉 1−p)。
- n 太小或 p 太極端時仍用常態近似。
- 把「期望值」當成一定會出現的次數。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
丟 100 次公正硬幣,正面數的期望值是多少?
- 2
承上,標準差是多少?
- 3
承上,約 95% 的情況正面數落在 40 到多少之間?