接棒數學
高三下📊 資料與不確定性

抽樣分布與中央極限定理

Sampling Distribution and the Central Limit Theorem

公式

樣本平均的標準差 = σ/√n

樣本平均本身也是隨機的。樣本數愈大,它的分布愈集中、也愈接近常態。

練這學期的計算題
先修

白話解釋

從母體抽 n 個樣本算平均,這個**樣本平均 x̄ 本身是隨機的**——換一組樣本就會得到不同的值。它的分布叫**抽樣分布**。

兩個關鍵性質: **E(x̄) = μ**(樣本平均的期望值等於母體平均,所以它是「不偏」的估計) **樣本平均的標準差 = σ/√n**(又稱標準誤)

那個 **√n** 是整個統計推論的核心。它說:樣本數變成 4 倍,標準誤才減半。這解釋了為什麼民調做到一千多份就停——精度的改善速度愈來愈慢,成本卻線性上升。

**中央極限定理**更驚人:只要 n 夠大(通常 n ≥ 30),**不管母體原本是什麼分布**,樣本平均的分布都會趨近**常態分布**。母體可以是偏斜的、雙峰的、甚至是離散的,樣本平均照樣趨近鐘形。

這就是為什麼常態分布在統計裡無所不在,也是信賴區間與假設檢定能夠成立的理論基礎——我們不需要知道母體長什麼樣,只要樣本夠大就能推論。

但有一個前提不能省:**樣本必須是隨機抽取的**。中央極限定理救不了有選擇偏差的樣本,這種情況下樣本再大也沒用。

什麼時候用

估計母體平均、設計調查的樣本數、品質管制、理解民調誤差。

最容易錯的地方

例題 · 3

先自己算,再看解答——這樣才有效。

  1. 1

    母體標準差 σ = 20,抽 100 個樣本,樣本平均的標準差是多少?

  2. 2

    要讓標準誤減半,樣本數要變成幾倍?

  3. 3

    母體標準差 30,抽 900 個樣本,標準誤是多少?

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