連續型均勻分布計算器

連續型均勻分布計算器

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數學公式

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  1. Lower Cumulative Probability P(X < x)

    Lower Cumulative Probability P(X < x): 連續型均勻分布計算器

    Lower CDF: 0 below a, linear ramp on [a,b], 1 above b.

  2. Upper Cumulative Probability P(X > x)

    Upper Cumulative Probability P(X > x): 連續型均勻分布計算器

    Upper CDF is the complement of the lower CDF.

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結果

A
機率密度 f(x)
0.3333333333
連續型均勻分布 U(a, b)
Lower cumulative probability P(X ≤ x) 0.3333333333
Upper cumulative probability P(X > x) = Q 0.6666666667

什麼是連續型均勻分布?

連續型均勻分布 \(U(a, b)\) 描述的是一個隨機變數:在 \(a\) 到 \(b\) 的區間內,取到任何數值的可能性都完全相同。由於機率被「平均攤開」,因此在整個定義域上,它的機率密度是一條水平的常數線,區間外則一律為 0。這個計算器純屬數學運算,全世界通用、結果一致,不涉及任何地區或法規層面的差異。

a 與 b 之間連續均勻分布的矩形機率密度函數
\(U(a,b)\) 的機率密度函數在 \(a\) 與 \(b\) 之間是一條高度為 \(1/(b-a)\) 的水平直線,其餘處為零。

如何使用本計算器

請輸入評估點 x、下界 a 與上界 b(須滿足 \(a \le b\))。計算器會回傳三個數值:機率密度 \(f(x)\)、下累積機率 \(P(X \le x)\),以及上(互補)累積機率 \(P(X > x) = Q\)。這兩個累積機率相加永遠等於 1。

公式解析

令區間寬度為 \(w = b - a\)。在區間之內,密度為常數: $$f(x) = \begin{cases} \dfrac{1}{\text{b} - \text{a}} & \text{a} \le \text{x} \le \text{b} \\[0.6em] 0 & \text{otherwise} \end{cases}$$ 當 \(a \le x \le b\) 時 \(f(x) = 1/w\),區間外則 \(f(x) = 0\)。累積分布則呈線性遞增: $$F(x) = \begin{cases} 0 & \text{x} < \text{a} \\[0.6em] \dfrac{\text{x} - \text{a}}{\text{b} - \text{a}} & \text{a} \le \text{x} \le \text{b} \\[0.6em] 1 & \text{x} > \text{b} \end{cases}$$ 當 \(a \le x \le b\) 時 \(F(x) = (x - a)/w\);當 \(x\) 小於 \(a\) 時為 0;當 \(x\) 大於 \(b\) 時為 1。上尾機率就是 $$P(X > x) = 1 - \dfrac{\text{x} - \text{a}}{\text{b} - \text{a}}$$ 即 \(Q(x) = 1 - F(x)\)。寬度必須為正值(\(b > a\));當 \(a = b\) 時,因分母為零,密度無法定義,此時分布退化為單一點。

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均勻密度函數下方的陰影面積,表示到 x 的累積機率
累積分布函數值 \(F(x)\) 等於從 \(a\) 到 \(x\) 的陰影矩形面積,即 \((x-a)/(b-a)\)。

實例演算

假設 \(x = 2\)、\(a = 1\)、\(b = 4\)。寬度為 \(w = 4 - 1 = 3\)。由於 \(1 \le 2 \le 4\),\(x\) 落在定義域之內。密度為 \(f(2) = 1/3 \approx 0.3333\)。下累積機率為 \(F(2) = (2 - 1)/3 = 1/3 \approx 0.3333\),上累積機率為 \(Q(2) = (4 - 2)/3 = 2/3 \approx 0.6667\)。驗算一下:\(F + Q = 1/3 + 2/3 = 1\),結果正確。

常見問題

當 x 落在 [a, b] 之外時會怎樣?此時密度恰好為 0。若 \(x < a\),則 \(F(x) = 0\)、\(Q(x) = 1\);若 \(x > b\),則 \(F(x) = 1\)、\(Q(x) = 0\)。

為什麼 b 一定要大於 a?密度的公式為 \(1/(b - a)\)。若 \(a = b\),分母會變成零,連續密度便無法定義;這種情形屬於退化的點質量(point mass),而非連續分布。

結果是百分比嗎?不是。所有輸出皆為無因次(無單位)數值。累積機率介於 0 與 1 之間;若想換算成百分比,將其乘以 100 即可。

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