正規分布計算ツール

確率
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平均、標準偏差、そして生の値または確率のいずれかを入力すると、zスコア、曲線下の面積(累積確率)、対応するパーセンタイルが求まります。左側確率、右側確率、両側確率のいずれにも対応しており、大学初年度の統計演習や品質管理レポートで必要になる計算はひととおりカバーできます。

正規分布の確率を計算する手順

  1. 1

    平均と標準偏差を入力する

    標準正規分布なら平均0、標準偏差1を使います。IQなら平均100、標準偏差15です。

  2. 2

    問題の種類を選ぶ

    P(X < x)、P(X > x)、P(a < X < b)、または確率からxを逆算する、のいずれかを選びます。

  3. 3

    値または確率を入力する

    分布上の生の値でも、0.05のような裾の確率でもかまいません。

  4. 4

    zスコアと確率を読み取る

    ツールはzスコア、累積確率、パーセンタイルを表示します。

数式

zスコアは、どんな値でも標準化します。

z = (x − μ) / σ

累積分布関数 Φ(z) は、標準正規変数が z を下回る確率を表します。Φ には閉じた形の解がないため、計算機は数値近似を使います。最も広く使われているのはアブラモウィッツとステガンの有理多項式による近似で、小数点以下7桁まで正確です。

経験則(68-95-99.7)

区間 確率
μ ± 1σ 68.27%
μ ± 2σ 95.45%
μ ± 3σ 99.73%
μ ± 1.96σ(古典的な95%信頼区間) 95.00%
μ ± 2.576σ(99%信頼区間) 99.00%

よく使う臨界z値

  • 片側検定 α = 0.05: z = 1.645
  • 両側検定 α = 0.05: z = ±1.96
  • 両側検定 α = 0.01: z = ±2.576
  • 両側検定 α = 0.001: z = ±3.291

解釈のコツ

  • 正のz値は平均より上、負のz値は平均より下であることを意味します。
  • |z| > 2 はまれな領域で、分布の約5%にあたります。
  • |z| > 3 は非常にまれで約0.3%しかなく、製造業では外れ値のしきい値としてよく使われます。
  • パーセンタイルは Φ(z) × 100 です。z = 1.0 は第84パーセンタイルに相当します。

どこで使われるか

標準化テストの採点(SAT、IQ)、品質管理(シックスシグマ)、金融リスクモデル(VaRは正規性を仮定しますが、その仮定はしばしば正しくありません)、そして数え切れないほどの実験科学の仮説検定。いずれも正規分布の確率に頼っています。

よくある質問

中心極限定理があるからです。多数の独立な確率変数の和や平均は、もとの分布が何であれ正規分布に近づきます。そのため正規分布は、現実の多くのプロセスにおける標本平均の近似としてよく機能します。

厳密に従うことはまれですが、近似的に従うことはよくあります。身長、測定誤差、IQスコアは正規分布に近いです。一方、金融リターン、待ち時間、自然界の多くのカウントデータはそうではありません。裾が厚かったり、歪んでいたりします。仮定を置く前に、必ずグラフを描いて確かめてください。

「その値が平均から標準偏差いくつ分だけ離れているか」を表す数字です。z = +2 は「平均より標準偏差2つ分だけ上」という意味で、分布が正規分布であれば、その値はおよそ第97.7パーセンタイルに位置します。

|z| < 6 の範囲では、小数点以下およそ7桁まで正確な数値近似を使っています。それより外側では確率が極端に小さくなり、倍精度浮動小数点数では精度が足りなくなります。裾の奥深くを扱う場合は、任意精度演算のソフトウェアを使ってください。

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