连续均匀分布计算器

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输入计算

数学公式

Show calculation steps (2)
  1. Lower Cumulative Probability P(X < x)

    Lower Cumulative Probability P(X < x): 连续均匀分布计算器

    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): 连续均匀分布计算器

    Upper CDF is the complement of the lower CDF.

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结果

A
概率密度 f(x)
0.3333333333
连续均匀分布 U(a, b)
Lower cumulative probability P(X ≤ x) 0.3333333333
Upper cumulative probability P(X > x) = Q 0.6666666667

什么是连续均匀分布?

连续均匀分布 U(a, b) 描述的是一个随机变量在区间 a 到 b 之间取任意数值的可能性都完全相等。由于概率被均匀地铺开,它的概率密度在整个支撑区间上是一个固定不变的常数,而在区间之外则恒为零。本计算器纯属数学运算,在任何国家和地区都通用——不涉及任何地区性或司法管辖方面的内容。

a 与 b 之间连续均匀分布的矩形概率密度函数
U(a,b) 的概率密度函数在 a 与 b 之间是一条高度为 \(1/(b-a)\) 的水平直线,其余处为零。

如何使用本计算器

依次输入计算点 x、下边界 a 和上边界 b(须满足 \(a \le b\))。计算器会返回三个结果:概率密度 \(f(x)\)、下侧累积概率 \(P(X \le x)\),以及上侧(互补)累积概率 \(P(X > x) = Q\)。这两个累积概率之和恒等于 1。

公式详解

设区间宽度为 \(w = b - a\)。在区间内部,密度为常数:当 \(a \le x \le b\) 时 \(f(x) = 1/w\),区间之外则 \(f(x) = 0\)。 $$ f(x) = \begin{cases} \dfrac{1}{\text{b} - \text{a}} & \text{a} \le \text{x} \le \text{b} \\[0.6em] 0 & \text{otherwise} \end{cases} $$ 累积分布呈线性增长:当 \(a \le x \le b\) 时 \(F(x) = (x - a)/w\);当 x 小于 a 时等于 0;当 x 大于 b 时等于 1。 $$ F(x) = \begin{cases} 0 & \text{x} < \text{a} \\[0.6em] \dfrac{\text{x} - \text{a}}{\text{b} - \text{a}} & \text{a} \le \text{x} \le \text{b} \\[0.6em] 1 & \text{x} > \text{b} \end{cases} $$ 上侧尾部就是 \(Q(x) = 1 - F(x)\)。 $$ P(X > x) = 1 - \dfrac{\text{x} - \text{a}}{\text{b} - \text{a}} $$ 宽度必须为正(\(b > a\));当 \(a = b\) 时,由于出现除以零,密度无定义,此时分布退化为单点。

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均匀密度函数下方的阴影面积,表示到 x 的累积概率
累积分布函数值 \(F(x)\) 等于从 a 到 x 的阴影矩形面积,即 \((x-a)/(b-a)\)。

实例演算

取 \(x = 2\),\(a = 1\),\(b = 4\)。宽度为 \(w = 4 - 1 = 3\)。由于 \(1 \le 2 \le 4\),x 落在支撑区间内。密度为 \(f(2) = 1/3 \approx 0.3333\)。下侧累积概率为 \(F(2) = (2 - 1)/3 = 1/3 \approx 0.3333\),上侧为 \(Q(2) = (4 - 2)/3 = 2/3 \approx 0.6667\)。验证一下:\(F + Q = 1/3 + 2/3 = 1\),结果正确。

常见问题

当 x 落在 [a, b] 之外时会怎样? 此时密度恰好为 0。若 \(x < a\),则 \(F(x) = 0\)、\(Q(x) = 1\);若 \(x > b\),则 \(F(x) = 1\)、\(Q(x) = 0\)。

为什么 b 必须大于 a? 密度的计算式为 \(1/(b - a)\)。如果 \(a = b\),分母就变成零,连续密度便无从定义;这种情况属于退化的点质量,而非连续分布。

结果是百分比吗? 不是。所有输出都是无量纲的数值。累积概率介于 0 与 1 之间;如果想换算成百分比,乘以 100 即可。

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