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常態分佈(Normal Distribution)

🎯 定義

最常見的連續型機率分佈之一,數據呈現對稱的鐘形曲線,由均值(μ)和標準差(σ)兩個參數決定分佈的中心位置與擴展範圍。

公式

\[f(x)=\frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}\exp\left(-\frac{(x-\mu)^2}{2\sigma^2}\right) \qquad E(X)=\mu \qquad Var(X)=\sigma^2\]

重點/應用

  • 根據中央極限定理,當樣本量足夠大時,任一組獨立且同分佈隨機變數的總和或平均值的分佈會趨近常態分佈,無論原始資料本身分佈為何。
  • 應用示例:身高體重等自然科學數據、股票報酬率的近似、t 檢定與 z 檢定的理論基礎。
  • 侷限:若數據呈現偏態或長尾(如高峰分佈 Leptokurtic),或極端值較多,則不適合假設常態分佈。

記憶技巧

鐘形曲線兩參數:μ 決定「曲線在哪裡」(位置),σ 決定「曲線胖瘦」(擴散程度)。

易混淆

  • vs 卡方分佈:常態分佈是對稱鐘形,卡方分佈是常態變數的平方和,呈右偏態,且不能為負值。
  • vs 中央極限定理:常態分佈是一種具體的機率分佈,中央極限定理則是說明「樣本平均數的抽樣分佈」會趨近常態分佈的定理,兩者不可混為一談。
📖 課文原文

「常態分佈是最常見的連續型機率分佈之一,其數據呈現對稱的鐘形曲線。它由兩個參數決定:均值(μ)和標準差(σ),這兩個參數決定了分佈的中心位置和擴展範圍……根據中央極限定理,當樣本量足夠大時,無論原始資料分佈為何,任一組獨立且同分佈的隨機變數,其總和或平均值的分佈都會趨近於常態分佈。」