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附加数学 · 概率分布

二项变量的均值与方差

np 和 npq 很容易记住,可是反过来求 n 和 p 就卡住了。

对 X ~ B(n, p),均值是 np,方差是 npq,其中 q = 1 − p。标准差是方差的平方根。

这一课接在计算二项概率之后,属于概率分布这一章。

怎样正着用公式?

先认出 n 和 p,再代入。设 X ~ B(40, 0.3),则 q = 0.7。

  • 均值 = np = 40 × 0.3 = 12。
  • 方差 = npq = 40 × 0.3 × 0.7 = 8.4。
  • 标准差 = √8.4 = 2.90(3 位有效数字)。

均值 12 表示长期平均下来,每做一组试验,成功的次数会靠近 12。单独一组通常落在 12 附近,却很少刚好是 12。

例题:求 n 和 p

一个二项变量的均值是 12,方差是 7.2。求 n 和 p。

关键是:方差 ÷ 均值 = npq ÷ np = q。

  1. q = 7.2 ÷ 12 = 0.6。
  2. p = 1 − 0.6 = 0.4。
  3. n = 均值 ÷ p = 12 ÷ 0.4 = 30。

检查:np = 30 × 0.4 = 12,npq = 30 × 0.4 × 0.6 = 7.2。两者都吻合,所以 n = 30,p = 0.4。

怎样用一句话说明均值?

题目可能说,一台机器生产的次品数服从 B(50, 0.08)。均值是 50 × 0.08 = 4,所以一批 50 件里预期约有 4 件次品。

要用“预期”这个词,不要断言刚好会出现 4 件。标准差 √(50 × 0.08 × 0.92) = 1.92,说明一般的一批和 4 相差多远。

最容易丢分的地方

把方差写成 np,就漏了因子 q,方差就和均值一样了。这只有在 q = 1 时才成立,也就是完全没有失败。

检查办法:二项分布的方差一定比均值小,因为 q 小于 1。如果你算出的方差比均值大,就是哪里出错了。

自己试试

一个二项变量的均值是 6,标准差是 2。求 n 和 p。

答案

方差 = 2² = 4。

q = 方差 ÷ 均值 = 4 ÷ 6 = 2/3,所以 p = 1/3。

n = 均值 ÷ p = 6 ÷ (1/3) = 18,p = 1/3。

检查:np = 18 × 1/3 = 6,npq = 18 × 1/3 × 2/3 = 4。

下一步学什么

这一章接下来转向连续的数据。接着学把正态随机变量标准化。应用题结构工作表 (英文)可以帮你从长题目里提取 n 和 p。

如果反推题让你慢下来,可以了解附加数学一对一线上补习。

常见问题

二项变量的均值和方差是什么?

对 X ~ B(n, p),均值是 np,方差是 npq,其中 q = 1 − p,标准差是 npq 的平方根。

均值用文字怎样解释?

它是长期平均的成功次数。即使每一次的结果都是整数,均值不一定是整数。

怎样从均值和方差求 n 和 p?

用方差除以均值得到 q,因为 npq ÷ np = q。然后 p = 1 − q,再用 n = 均值 ÷ p。

算出来的 n 是小数怎么办?

重新检查算术,因为 n 必须是整数。得到非整数,几乎一定是前面某一步出了错。

反推题要先有个小计划,才开始做代数。一对一补习的老师可以帮学生建立这个计划,变成他自己的做法。

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