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輸入計算

數學公式

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結果

樣本平均數的標準誤
2.5
SE = σ / √n
抽樣分布的平均數 (μ_x̄) 100
樣本平均數的變異數 (σ²/n) 6.25

什麼是中央極限定理?

中央極限定理(Central Limit Theorem,簡稱 CLT)是統計學的基石之一。它指出:當你從任何一個平均數為 \(\mu\)、標準差為 \(\sigma\) 的母體中,反覆抽取大小為 n 的隨機樣本時,隨著 n 越來越大,這些樣本平均數的分布會逐漸趨近常態分布——而且不論原始母體的形狀如何都成立。這個計算器會幫你算出該抽樣分布的兩個關鍵參數:它的平均數與標準誤。

一個偏態的母體分布,箭頭指向三個鐘形抽樣分布,隨著樣本量增大而變窄
隨著樣本量增大,無論母體形狀如何,平均數的抽樣分布都會變得更接近常態且更窄。

如何使用這個計算器

輸入母體平均數(\(\mu\))、母體標準差(\(\sigma\)),以及你的樣本數(n)。工具會回傳抽樣分布的平均數(其值等於 \(\mu\))、平均數的標準誤(SE),以及樣本平均數的變異數(\(\sigma^2/n\))。一個常用的經驗法則是:當 n ≥ 30 時,常態近似就相當可靠。

公式解析

中央極限定理告訴我們關於樣本平均數抽樣分布的兩件事。第一,它的中心與母體一致:

$$\mu_{\bar{x}} = \mu$$

第二,隨著樣本越大,它的離散程度就越小:

$$SE = \frac{\sigma}{\sqrt{n}}$$

由於除以 \(\sqrt{n}\) 會降低變異性,因此樣本越大,對真實平均數的估計就越精準。樣本平均數的變異數,正好就是標準誤的平方,也就是 \(\sigma^2/n\)。

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標準誤差公式為 sigma 除以 n 的平方根,寬曲線隨 n 增大而變窄
標準誤差隨樣本量 n 的增大而減小。

實例演算

假設某母體的 \(\mu = 100\)、\(\sigma = 15\),而你抽取樣本數 \(n = 36\)。那麼 \(\mu_{\bar{x}} = 100\),且

$$SE = \frac{15}{\sqrt{36}} = \frac{15}{6} = 2.5$$

樣本平均數的變異數為

$$\frac{15^2}{36} = \frac{225}{36} = 6.25$$

換句話說,這些樣本平均數會緊密地集中在 100 附近,標準誤僅為 2.5。

常見問題

母體一定要是常態分布嗎?不需要。這正是中央極限定理強大之處——只要 n 夠大,即使母體是偏斜的,樣本平均數的抽樣分布仍會趨近常態。

樣本數要多大才算「夠大」?常見的準則是 n ≥ 30,不過若母體嚴重偏斜,可能需要更大的樣本。

為什麼樣本越大,標準誤反而越小?因為平均更多的觀測值能互相抵消隨機雜訊,所以 n 越大,平均數的估計就越穩定。

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