透過 MCP 連接 →

輸入計算

分布範圍 a ~ b
a ≤ b

數學公式

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結果

f(x) at x = 5 (midpoint of [a, b])
0.166667
interval width b - a = 6
x f(x)
0 0
0.1 0
0.2 0
0.3 0
0.4 0
0.5 0
0.6 0
0.7 0
0.8 0
0.9 0
1 0
1.1 0
1.2 0
1.3 0
1.4 0
1.5 0
1.6 0
1.7 0
1.8 0
1.9 0
2 0.166667
2.1 0.166667
2.2 0.166667
2.3 0.166667
2.4 0.166667
2.5 0.166667
2.6 0.166667
2.7 0.166667
2.8 0.166667
2.9 0.166667
3 0.166667
3.1 0.166667
3.2 0.166667
3.3 0.166667
3.4 0.166667
3.5 0.166667
3.6 0.166667
3.7 0.166667
3.8 0.166667
3.9 0.166667
4 0.166667
4.1 0.166667
4.2 0.166667
4.3 0.166667
4.4 0.166667
4.5 0.166667
4.6 0.166667
4.7 0.166667
4.8 0.166667
4.9 0.166667
5 0.166667
5.1 0.166667
5.2 0.166667
5.3 0.166667
5.4 0.166667
5.5 0.166667
5.6 0.166667
5.7 0.166667
5.8 0.166667
5.9 0.166667
6 0.166667
6.1 0.166667
6.2 0.166667
6.3 0.166667
6.4 0.166667
6.5 0.166667
6.6 0.166667
6.7 0.166667
6.8 0.166667
6.9 0.166667
7 0.166667
7.1 0.166667
7.2 0.166667
7.3 0.166667
7.4 0.166667
7.5 0.166667
7.6 0.166667
7.7 0.166667
7.8 0.166667
7.9 0.166667
8 0.166667
8.1 0
8.2 0
8.3 0
8.4 0
8.5 0
8.6 0
8.7 0
8.8 0
8.9 0
9 0
9.1 0
9.2 0
9.3 0
9.4 0
9.5 0
9.6 0
9.7 0
9.8 0
9.9 0
10 0

什麼是均勻分布計算器?

連續均勻分布(continuous uniform distribution)描述的是一個隨機變數在區間 [a, b] 內取任何值的機率都相同的情形。本計算器會在這個區間上計算三個彼此相關的函數:機率密度 \(f(x)\)、下側累積機率 \(P(x)\)(即累積分布函數 CDF),以及上側累積機率 \(Q(x)\)(即存活函數)。此外,它還會依照 \(x\) 的掃描範圍產生一張數值表,方便你繪製所選函數的圖形。

使用方法

先選擇要計算的函數(密度 \(f\)、下側累積 \(P\),或上側累積 \(Q\))。接著輸入區間的上下界 \(a\) 與 \(b\)(須滿足 \(a < b\))。然後設定掃描條件:\(x\) 的起始值、每次反覆要遞增的步長(increment),以及反覆次數(要產生幾個 \(x\) 點)。結果欄會顯示函數在 [a, b] 中點處的值,而下方表格則列出整個掃描範圍內每一組 (x, 值) 的對應結果。

公式解析

令區間寬度為 \(w = b - a\)。在支撐區間內密度為定值:當 \(a \le x \le b\) 時 \(f(x) = 1/w\),區間外則為 0。

$$f(x) = \begin{cases} \dfrac{1}{\text{b} - \text{a}}, & \text{a} \le x \le \text{b} \\[0.6em] 0, & \text{otherwise} \end{cases}$$

下側累積機率是從 \(a\) 開始累積的面積:\(P(x) = (x - a)/w\),在 \(a\) 以下截斷為 0、在 \(b\) 以上截斷為 1。

$$P(x) = \begin{cases} 0, & x < \text{a} \\[0.6em] \dfrac{x - \text{a}}{\text{b} - \text{a}}, & \text{a} \le x \le \text{b} \\[0.6em] 1, & x > \text{b} \end{cases}$$

上側累積機率則是其補數:\(Q(x) = (b - x)/w\),在 \(a\) 以下截斷為 1、在 \(b\) 以上截斷為 0。

$$Q(x) = \begin{cases} 1, & x < \text{a} \\[0.6em] \dfrac{\text{b} - x}{\text{b} - \text{a}}, & \text{a} \le x \le \text{b} \\[0.6em] 0, & x > \text{b} \end{cases}$$

由於兩者合起來涵蓋整個密度,因此在任何位置都有 \(P(x) + Q(x) = 1\)。計算器也會防範 \(a = b\)(寬度為零)這種退化情況,以免發生除以零的錯誤。

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Lower cumulative probability shown as the shaded left portion of the uniform rectangle from a to a point x.
Lower CDF P(x) is the shaded area from a up to x; upper CDF Q(x) is the remaining area to b.
Flat rectangular probability density function of a continuous uniform distribution on interval a to b at constant height 1 over b minus a.
The uniform PDF is a flat rectangle of constant height 1/(b−a) over [a, b].

實例演算

當 \(a = 2\)、\(b = 8\) 時,寬度 \(w = 6\)。在 \(x = 5\)(中點)處:

$$f(5) = \frac{1}{6} \approx 0.16667$$$$P(5) = \frac{5 - 2}{6} = 0.5$$$$Q(5) = \frac{8 - 5}{6} = 0.5$$

正好驗證 \(P + Q = 1\)。在 \(x = 0\)(低於 \(a\))時,密度為 0、\(P = 0\)、\(Q = 1\)。在 \(x = 8\)(上界)時 \(P = 1\)、\(Q = 0\)。

常見問題

為什麼密度值會大於 1? 密度不是機率,而是每單位長度上的機率。對於較窄的區間,\(1/(b - a)\) 可能會超過 1,但曲線下的總面積仍然等於 1。

如果 a 等於 b 會怎樣? 此時寬度為零,密度無定義(趨於無限大),累積函數則退化成一個階梯。計算器會把這視為無效輸入並提示錯誤。

步長可以是負數嗎? 可以。負的遞增值會讓掃描由大到小遞減進行;在 [a, b] 區間之外,公式一樣會正確截斷。

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