高三下📊 資料與不確定性
期望值與變異數
Expectation and Variance
公式
E(X) = Σ xᵢpᵢ | Var(X) = E(X²) − [E(X)]²
期望值是「長期平均會拿到多少」,變異數衡量結果有多分散。
白話解釋
**期望值** E(X) = Σ xᵢpᵢ,是每個結果乘以它的機率再加總,代表**長期下來的平均值**。
注意期望值**不一定是可能出現的結果**。丟一顆公正骰子的期望值是 3.5,但骰子永遠不會出現 3.5 點。它是長期平均,不是預測單次結果。
期望值最實際的用途是判斷一個賭局或投資**划不划算**:算出淨期望值,正的長期有利、負的長期不利。所有商業賭局的期望值對玩家都是負的,這就是它們能獲利的原因。
**變異數** Var(X) = E[(X−μ)²],衡量結果偏離平均的程度。實際計算常用等價公式 **Var(X) = E(X²) − [E(X)]²**(「平方的期望 減 期望的平方」),比按定義展開快得多。
**標準差** σ = √Var,單位與原資料相同,比變異數好解讀。
兩組資料期望值相同、變異數不同時,意義差很多:投資 A 和 B 的期望報酬都是 5%,但變異數大的那個風險高得多。只看平均不看變異,是解讀數據最常見的疏漏。
什麼時候用
評估賭局與投資、風險分析、品質管制。
最容易錯的地方
- 以為期望值一定是可能出現的值。
- 變異數公式記成 [E(X)]² − E(X²)(順序反了會得到負數)。
- 只比較期望值而忽略變異數。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
丟一顆公正骰子,點數的期望值是多少?
- 2
某遊戲有 1/2 機率得 10 元、1/2 機率得 0 元,期望值是多少?
- 3
E(X) = 3、E(X²) = 13,Var(X) = ?