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输入计算

Enter a raw value in z with μ and σ to standardize, or leave μ=0 and σ=1 to use z directly.

数学公式

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结果

P(Z < z) = Φ(z)
0.975002
97.5002% of the distribution lies below z
标准化后的 z 1.96
下尾概率 P(Z < z) 0.975002
上尾概率 P(Z > z) 0.024998
百分位 97.5002%

这个计算器能做什么

本工具用于计算标准正态分布的累积分布函数(CDF),记作 \(\Phi(z)\) 或 \(P(Z < z)\),即一个服从正态分布的随机变量落在某个 z 分数以下的概率。同时还会给出上尾概率 \(P(Z > z)\) 以及对应的百分位。这是一款通用的统计工具,适用于任何场景,不依赖任何国家或地区的特定规则。

标准正态钟形曲线,z 处竖线左侧的面积已阴影标注
\(P(Z < z) = \Phi(z)\) 是标准正态曲线下 z 左侧的阴影面积。

使用方法

在第一个输入框中填入你的 z 分数。如果你手头是一个原始测量值,则把该数值填入 z,再填写分布的均值(μ)和标准差(σ),计算器会用公式 $$z = \frac{x - \mu}{\sigma}$$ 自动为你完成标准化。若想直接把输入当作已标准化的 z 分数处理,只需保持 \(\mu = 0\)、\(\sigma = 1\) 即可。

公式解析

标准正态分布的 CDF 通过误差函数定义:$$\Phi(z) = \tfrac{1}{2}\left[1 + \operatorname{erf}\!\left(\frac{z}{\sqrt{2}}\right)\right]$$由于 erf 没有初等的封闭表达式,本计算器采用 Abramowitz & Stegun 手册中 7.1.26 节的有理逼近公式进行求值,其精度约为 \(1.5\times10^{-7}\)——足以满足概率与统计计算对精度的要求。

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钟形曲线在 z 处分为左侧下尾面积和右侧上尾面积
下尾 \(\Phi(z)\) 与上尾 \(1 - \Phi(z)\) 之和为 1。

实例演算

以统计学中赫赫有名的 \(z = 1.96\) 为例:$$\Phi(1.96) = \tfrac{1}{2}\left[1 + \operatorname{erf}\!\left(\frac{1.96}{\sqrt{2}}\right)\right] \approx 0.9750$$这意味着标准正态分布约有 97.5% 的面积位于 1.96 以下,余下的 2.5% 落在上尾。正因如此,±1.96 恰好框定了置信区间常用的中间 95% 区域。

常见问题

z = 0 时取值是多少? \(\Phi(0)\) 恰好等于 0.5,因为正态分布关于其均值对称。

怎样得到双尾概率? 对于对称边界 ±z,两侧之外的双尾面积为 \(2 \times (1 - \Phi(z))\);中间区域的面积为 \(2\Phi(z) - 1\)。

可以使用负的 z 分数吗? 可以。根据对称性有 \(\Phi(-z) = 1 - \Phi(z)\),计算器也能直接处理负数输入。

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