常態分布

常態分布曲線線上製作(鐘形曲線產生器)

依平均數和標準差畫出常態分布曲線:68-95-99.7 區間、標出精確機率的塗色區域、z 分數、百分位數切點,或兩條疊加的曲線。適用於統計課、考卷和論文。

常態分布曲線風格

四種風格,各搭配一條不同的曲線:課本配色下 A 到 F 的成績等第區間,考卷用黑白斜線標出身高介於 155 到 176 cm 的女性比例,期刊圖版風格下依 40 隻果蠅翅長擬合的曲線(附密度軸和地毯圖),以及深色簡報上每日步數最高的 10%。

課本
考卷
期刊圖版
深色簡報

常態分布曲線範例

四個實際產生的結果,各依卡片上的提示詞繪製:標出 68-95-99.7 規則中 68%、95%、99.7% 區間的智商分數;新生兒出生體重,2500 g 以下的尾端塗色並標出 P = 0.0359;α = 0.05 時 z 檢定兩側各 0.0250 的拒絕域;以及安慰劑組和用藥組的血壓曲線,兩者重疊面積為 66.82%。點選卡片即可載入它的提示詞。

68-95-99.7 規則(智商)
塗色區域的機率
雙尾 z 檢定
兩條曲線疊加

什麼是常態分布曲線(鐘形曲線)?

鐘形曲線就是常態分布的圖形:一條以平均數為中心、左右對稱的單峰曲線,寬窄由標準差決定。 曲線下兩個值之間的面積,就是數值落在兩者之間的機率,所以塗出一塊面積就能回答像「智商低於 85 的比例是多少」(15.87%)這樣的問題。曲線永遠不會碰到橫軸;在平均數兩側一個標準差處,高度降到峰值的 61%,而這裡正好是曲線從往下彎轉成往外彎的反曲點。

關於本工具

  • 參數照你課本的寫法輸入就好:平均數 100,標準差 15;μ = 0, σ = 1;72 ± 8;N(100, 15²)。也可以貼上一串原始數值,曲線會以樣本平均數 x̄ 和樣本標準差 s(n − 1)擬合。
  • 塗色面積在畫圖前由常態累積分布函數算出,取到小數第四位:平均數 100、標準差 15 時,P(X < 85) = 0.1587,P(85 < X < 115) = 0.6827。
  • 百分比切點用反函數倒推:智商前 5% 從 124.67 開始,標準常態分布的第 90 百分位數在 z = 1.282。
  • x 軸從 μ − 4σ 到 μ + 4σ,每個標準差一個刻度(指定的邊界落在兩個刻度之間時改用整數刻度);最多三條曲線共用這條軸,圖例裡逐一標名。
  • 只畫常態分布,不畫長條:要在實測資料上疊加常態曲線,請用直方圖工具,它會以密度刻度替樣本分組。

可以產生哪些常態分布圖

大家來這裡最常做的七種常態分布圖,各自呈現什麼,以及該怎麼寫。

68-95-99.7 規則鐘形曲線

在每個標準差處把曲線切成區塊:平均數兩側各 34.13%,一到兩個標準差之間 13.59%,二到三個之間 2.14%,兩端尾巴各 0.13%。 寫「68-95-99.7 規則」或「經驗法則」,標註就照課堂上教的方式(巢狀括號標 68%、95%、99.7%,區塊內標 34%、13.5%、2.35% 和 0.15%);寫「標準差區間」則標出精確到小數第二位的面積。

標出標準差的常態曲線

橫軸從 μ − 3σ 標到 μ + 3σ 的常態曲線,所有「某個值離平均數多遠」的問題背後都是這張圖。 智商平均數 100、標準差 15 時,刻度為 55、70、85、100、115、130、145;要求標出 σ 或 z 分數時,數字下方會再多一行。

常態曲線下的塗色面積

在指定值以下、以上、之間或之外塗出一塊區域,並在上面標出機率。 平均數 3400 g、標準差 500 g,塗出 2500 g 以下,標出 P(X < 2500) = 0.0359;女性身高平均數 162 cm、標準差 7 cm,塗出 155 到 176 cm,標出 0.8186。每條邊界都有一條垂直線畫到曲線上。

z 分數鐘形曲線

標準常態曲線,平均數 0、標準差 1,畫在 −4 到 4 的 z 軸上。 可以標出一個 z 分數、塗出它左邊的面積做成 z 表示意圖,或塗出雙尾檢定的兩個拒絕域:α = 0.05 時臨界值為 ±1.96,每側尾端 0.0250;α = 0.01 時為 ±2.576。

依等第切分的成績分布曲線

一次考試的成績分布,每個等第區間各塗一種顏色,並標出該區間的學生比例。 平均數 72、標準差 8,A 為 88 以上,B 為 80 到 88,C 為 64 到 80,D 為 56 到 64,F 為 56 以下,得到 2.28%、13.59%、68.27%、13.59% 和 2.28%。依百分位數訂等第則反過來算:「前 10% 拿 A」會給出切點分數。

兩條疊加的常態分布

處理組對照組,或一種方法對另一種方法,共用一條軸並附圖例。 要求計算重疊時,會算出共同面積:安慰劑組 138 mmHg、用藥組 126 mmHg,標準差都是 14,重疊 66.82%,Cohen's d = 0.86。標準差不同的兩條曲線有兩個交點,兩個都會找出來。

依樣本擬合的常態曲線

貼上原始測量值,曲線就依它們的平均數和樣本標準差畫出,旁邊標出 n、x̄ 和 s,需要時還能加上資料的地毯圖。 如果要把分組後的資料畫成長條放在曲線下方,那就是疊加常態曲線的直方圖。

68-95-99.7 規則的精確值

大家背的是四捨五入後的口訣,圖上該標的是精確面積。每一列都由標準常態累積分布函數 Φ 算出,並換算到智商量尺上當參照。

區間區間內面積區間外面積智商量尺(平均數 100,標準差 15)
μ ± 1σ68.27%31.73%85 到 115
μ ± 1.645σ90.00%10.00%75.3 到 124.7
μ ± 1.96σ95.00%5.00%70.6 到 129.4
μ ± 2σ95.45%4.55%70 到 130
μ ± 2.576σ99.00%1.00%61.4 到 138.6
μ ± 3σ99.73%0.27%55 到 145

常態分布有 95% 落在平均數兩側 1.96 個標準差以內,而不是 2 個。 兩個標準差包含 95.45%;1.96 是 95% 信賴區間使用的倍數,也是 α = 0.05 雙尾檢定的臨界值。

常態曲線公式與 z 分數

鐘形曲線就是常態機率密度函數 f(x),從圖上讀出的每個機率都是 f 底下的一塊面積,以 z = (x − μ)/σ 標準化後求得。 z 分數表示一個值離平均數有幾個標準差,所以一張 Φ 表就能回答任何常態量尺上的問題,從智商分數到公克都適用。

f(x) = e^(−(x − μ)² / 2σ²) / (σ√(2π)) z = (x − μ) / σ P(X < x) = Φ(z)

文字說明

曲線高度隨著與 μ 距離的平方而下降;x 左側的面積就是 Φ(z)。

Φ 沒有初等函數的封閉形式。本工具用誤差函數以雙精度計算 Φ(z) = ½[1 + erf(z/√2)],所以標出的 0.1587 或 0.9750 四位小數都正確;再用反函數 Φ⁻¹ 把指定的百分位數換算成切點。

常態曲線用在哪裡

只要一項測量是用平均數和標準差來概括,而讀者又需要看懂這個分散程度代表什麼,就會出現鐘形曲線。

檢驗醫學的參考區間

許多參考區間取的是健康族群中間的 95%,被測物呈常態分布時就是平均數 ± 1.96 個標準差;塗出中間區域,就能看出哪些結果會被標為偏高或偏低。

依曲線打成績

切點訂在固定的標準差距離或百分位數上;這張圖讓全班看到每個等第的界線在哪裡,以及各等第有多少比例的學生。

假設檢定與信賴區間

z 檢定的拒絕域、以觀察到的 z 值外側尾端面積表示的 p 值、以中間 95% 表示的 95% 信賴區間:這些都是統計學入門課的標準圖。

標準化測驗分數

智商(平均數 100,標準差 15)和 T 分數(平均數 50,標準差 10)都是以常態量尺定義的,所以百分等級可以直接從曲線讀出:智商 130 比平均數高兩個標準差,高於 97.72% 的分數。

常態分布常見問題

常態分布曲線要怎麼畫?

給出平均數和標準差,說明要塗哪塊面積,然後產生。 例如:「智商分數,平均數 100,標準差 15,把 130 以上塗色並標出機率。」每個標準差處的刻度、曲線的高度,以及 P(X > 130) = 0.0228,都會在畫圖前算好。在試算表裡做同一張圖,則需要一欄 x 值、每個值用 NORM.DIST 算一次,再畫成平滑折線圖。

68-95-99.7 規則(經驗法則)在說什麼?

常態分布大約有 68% 落在平均數一個標準差以內,95% 在兩個以內,99.7% 在三個以內。 精確面積是 68.27%、95.45% 和 99.73%。這條規則只適用於常態資料;對任何分布,柴比雪夫不等式只能保證兩個標準差以內至少有 75%。

鐘形曲線下塗色區域的機率怎麼求?

先把每條邊界換算成 z 分數,z = (x − μ)/σ,再用 Φ(z) 得到下方面積、1 − Φ(z) 得到上方面積,兩個 Φ 值相減得到中間的面積。 平均數 100、標準差 15 時:P(X < 85) = Φ(−1) = 0.1587,P(X > 115) = 0.1587,P(85 < X < 115) = 0.6827。這個頁面是畫圖工具,不是常態分布計算機,但它做的正是這套計算,並把結果標在塗色區域上。

鐘形曲線上的 z 分數是什麼?

一個值離平均數有幾個標準差,z = (x − μ)/σ。 平均數 162 cm、標準差 7 cm 時,176 cm 的身高 z = 2.00,分布中有 97.72% 在它之下。在標準常態曲線上,x 軸本身就是 z 刻度,所以臨界值 ±1.96 可以直接標上去。

怎麼塗出前 5%,或標出某個百分位數?

用百分比提出要求,切點就會用常態累積分布函數的反函數求出。 智商前 5% 從 124.67 開始(z = 1.645),後 10% 到 80.78 為止(z = −1.282),平均數 8000、標準差 2000 的每日步數,第 90 百分位數是 10,563。

該用常態分布曲線還是直方圖?

直方圖呈現你實際測得的資料;鐘形曲線呈現的是一個模型,也就是給定平均數和標準差的常態分布。 要檢查樣本是否接近常態,就以密度刻度畫出它的直方圖並疊上常態曲線。講解一種分布、標出切點或呈現某個機率時,才畫單獨的鐘形曲線。

常態分布曲線的圖說要寫什麼?

寫出分布名稱、參數以及塗色代表的意思,例如:「平均數 100、標準差 15 的常態分布;塗色面積 P(X < 85) = 0.1587,即分數低於 85 的比例。」擬合曲線要註明 n、x̄ 和 s,並說明曲線是常態擬合而不是資料本身。μ 和 σ 來自已發表的母體資料時,要註明出處。

兩條常態曲線可以放在同一張圖上比較嗎?

可以:最多三條曲線共用一條軸,各用一種顏色,在圖例中各標一次名稱。 標準差相等的兩條曲線,交點在兩個平均數的正中間;標準差不相等時有兩個交點,分別在較窄曲線峰值的兩側。要求計算重疊面積或 Cohen's d,也會一起標出。

AI 會更動我的平均數、標準差或機率嗎?

不會。每個刻度、曲線在十七個點上的高度、每條邊界的 z 分數以及每個塗色機率,都先依你的參數算好,影像模型只被要求把它們擺到正確位置,而不是自己去算。 沒有給參數的籠統要求,會畫成標準常態分布(平均數 0,標準差 1);智商和 T 分數的圖使用這些量尺的定義值。

我的資料夠接近常態,可以畫成鐘形曲線嗎?

常態曲線適合大致圍繞單一峰值左右對稱的變數;先用直方圖或常態 Q-Q 圖檢查。 反應時間、所得或抗體力價這類右偏的測量值,套上常態曲線會嚴重失真,最好照原樣呈現,或取對數後再畫。

資料來源

產生機率已經算好的常態分布曲線

輸入平均數和標準差,說明要塗哪塊面積,就能得到可直接用於上課、考卷或論文的常態分布圖。

製作常態分布曲線