Перейти до вмісту
Обране

Калькулятор біноміального розподілу

Оновлено:

Обчислюйте біноміальні ймовірності: P(X = k), кумулятивні P(X ≤ k), P(X ≥ k) або діапазон успіхів. Введіть кількість випробувань, ймовірність успіху та k, щоб також отримати середнє, дисперсію та стандартне відхилення.

Обчислення біноміальних ймовірностей

Поля введення
n
Кількість незалежних випробувань Бернуллі. Ціле число від 1 до 10 000.
p
%
Шанс успіху в одному випробуванні, від 0% до 100%.
k
Ціле число від 0 до n. У режимі діапазону це нижня межа k₁.
Якщо увімкнено, результат оновлюватиметься автоматично після зміни будь-якого значення.

Формула біноміального розподілу

Формула
\[ P(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k}, \qquad \binom{n}{k} = \frac{n!}{k!\,(n-k)!} \\ P(X \le k) = \sum_{i=0}^{k} \binom{n}{i} p^i (1-p)^{n-i}, \qquad P(X \ge k) = 1 - P(X \le k-1) \\ \mu = np, \qquad \sigma^2 = np(1-p), \qquad \sigma = \sqrt{np(1-p)} \]

Де:

  • \(n\) — кількість незалежних випробувань
  • \(p\) — ймовірність успіху в одному випробуванні (від 0 до 1)
  • \(k\) — потрібна кількість успіхів (\(0 \le k \le n\))
  • \(\binom{n}{k}\) — біноміальний коефіцієнт, кількість способів вибрати \(k\) успіхів серед \(n\) випробувань
  • \(\mu\), \(\sigma^2\), \(\sigma\) — середнє, дисперсія та стандартне відхилення розподілу

Перша формула задає функцію ймовірностей (pmf): шанс отримати рівно \(k\) успіхів у \(n\) випробуваннях. Друга дає функцію розподілу (cdf) — шанс отримати не більше ніж \(k\) успіхів, обчислений підсумовуванням pmf від 0 до \(k\).

Біноміальний розподіл — приклад обчислення

Приклад: справедливу монету підкидають 10 разів. Яка ймовірність отримати рівно 5 «орлів»? Тут \(n = 10\), \(p = 0.5\), \(k = 5\).

\[ P(X = 5) = \binom{10}{5} (0.5)^5 (0.5)^{10-5} = 252 \cdot \frac{1}{1024} = 0.246094 \approx 24.61\% \]

\[ P(X \le 5) = \sum_{i=0}^{5} \binom{10}{i}(0.5)^{10} = \frac{638}{1024} = 0.623047 \approx 62.30\% \]

\[ \mu = 10 \cdot 0.5 = 5, \qquad \sigma^2 = 10 \cdot 0.5 \cdot 0.5 = 2.5, \qquad \sigma = \sqrt{2.5} \approx 1.5811 \]

Результат: P(X = 5) = 0,246094 (24,61%), P(X ≤ 5) = 0,623047 (62,30%), P(X ≥ 5) = 0,623047 (62,30%), середнє = 5, дисперсія = 2,5, стандартне відхилення ≈ 1,5811.

Як користуватися калькулятором

  1. Введіть Кількість випробувань (n) — ціле число від 1 до 10 000.
  2. Введіть Ймовірність успіху (p) у відсотках від 0% до 100% (наприклад, введіть 50 для справедливої монети).
  3. Виберіть режим у полі Кількість успіхів, що нас цікавлять: «Рівно k успіхів» для окремого значення або «Від k₁ до k₂ успіхів» для діапазону.
  4. Введіть Кількість успіхів (k). У режимі діапазону це нижня межа k₁.
  5. Якщо ви обрали режим діапазону, також введіть Верхню межу (k₂), яка має бути не меншою за k₁.
  6. Прочитайте результати: P(X = k), P(X ≤ k), P(X ≥ k), а в режимі діапазону — P(k₁ ≤ X ≤ k₂), а також середнє, дисперсію та стандартне відхилення. Блок інтерпретації також містить додаткові ймовірності, як-от P(X < k) і P(X > k).

Що таке біноміальний розподіл?

Біноміальний розподіл описує кількість успіхів у фіксованому числі незалежних випробувань, де кожне випробування має однакову ймовірність успіху \(p\). Кожне випробування має рівно два результати — успіх або невдачу — саме тому його називають випробуванням Бернуллі. Класичні приклади: кількість «орлів» у серії підкидань монети, кількість дефектних виробів у вибірці або кількість пацієнтів, які реагують на лікування.

Середнє розподілу дорівнює \(\mu = np\): у середньому ви очікуєте \(n \cdot p\) успіхів. Розкид вимірюється дисперсією \(\sigma^2 = np(1-p)\) та стандартним відхиленням \(\sigma\). Коли \(p = 0.5\), розподіл симетричний навколо \(n/2\); коли \(p\) близьке до 0 або 1, він стає асиметричним, зосереджуючись поблизу 0 або поблизу \(n\).

Калькулятор розрізняє точні та кумулятивні ймовірності. Функція ймовірностей (pmf) відповідає на питання «який шанс отримати рівно k успіхів», тоді як функція розподілу (cdf) — «який шанс отримати не більше ніж k успіхів». На практиці кумулятивні значення часто корисніші: наприклад, якщо k — це поріг якості, P(X ≤ k) показує ймовірність залишитися в межах норми, а 1 − P(X ≤ k) — ймовірність її перевищити. Зверніть увагу, що P(X ≥ k) враховує саме k; якщо вам потрібно строго більше ніж k, використовуйте P(X > k) = 1 − P(X ≤ k), що показано в блоці інтерпретації.

Припущення, обмеження та поради

  • Фіксована кількість випробувань. \(n\) має бути визначено заздалегідь. Якщо кількість випробувань сама є випадковою, краще підходить інша модель (наприклад, розподіл Пуассона).
  • Незалежність. Результат одного випробування не повинен впливати на інші. Вибірка без повернення з малої генеральної сукупності порушує цю умову; у такому разі використовуйте гіпергеометричний розподіл.
  • Стала ймовірність успіху. \(p\) має бути однаковою для кожного випробування. Якщо вона змінюється від випробування до випробування, біноміальна модель вже не застосовується.
  • Великі n. Калькулятор використовує чисельно стійкий метод лог-гамма-функції, тому справляється з великими \(n\) (до 10 000) без переповнення. Для дуже малих ймовірностей результат показується в науковому записі.
  • Інтерпретація дуже малих ймовірностей. Результат виду «≈ 0%» не означає неможливість — він може означати лише, що ймовірність менша за приблизно \(10^{-8}\). Перевірте десяткове значення, показане поруч із відсотками.
  • Грубе правило для апроксимації. За великих \(n\), коли \(np\) та \(n(1-p)\) обидві більші, ніж приблизно 5, біноміальний розподіл добре апроксимується нормальним розподілом із середнім \(np\) та стандартним відхиленням \(\sqrt{np(1-p)}\) — зручно для швидких оцінок у голові.

Часті запитання

Як обчислити біноміальну ймовірність вручну, без калькулятора?

Скористайтеся формулою \( P(X = k) = \binom{n}{k} p^k (1-p)^{n-k} \). Спочатку обчисліть біноміальний коефіцієнт, наприклад \( \binom{10}{5} = \frac{10!}{5! \cdot 5!} = 252 \). Потім помножте на \( p^k \) та \( (1-p)^{n-k} \). Для малих \( n\) можна також перелічити всі результати, але факторіали зростають надзвичайно швидко, тож ручні обчислення стають непрактичними приблизно після \( n = 20 \).

Яка різниця між «принаймні», «не більше ніж» та «рівно» k успіхів?

«Рівно» — це окрема ймовірність: \( P(X = k) \). «Не більше ніж» означає \( k \) або менше: \( P(X \le k) \). «Принаймні» означає \( k \) або більше: \( P(X \ge k) \). Типова помилка — плутати «принаймні \( k \)» з «більше ніж \( k \)»: перше включає саме \( k \), друге — це \( P(X > k) = 1 - P(X \le k) \). Блок інтерпретації в результатах показує обидва варіанти.

Як перетворити шанси або ймовірність «1 з N» у ймовірність p?

Калькулятор очікує \( p \) у відсотках. Якщо у вас шанси «a до b», перетворіть за формулою \( p = \frac{a}{a+b} \) і помножте на 100. Шанс «1 з 6» (як підкидання кубика) означає \( p \approx 16.67\% \); «1 зі 100» означає ввести 1. Десяткові ймовірності перетворюються безпосередньо: 0,35 дорівнює 35%.

Як знайти ймовірність діапазону, наприклад від 3 до 7 успіхів?

Виберіть режим «Від k₁ до k₂ успіхів», введіть 3 як кількість успіхів і 7 як верхню межу. Калькулятор обчислює \( P(k_1 \le X \le k_2) \), підсумовуючи окремі ймовірності. Вручну той самий результат отримують із \( P(X \le k_2) - P(X \le k_1 - 1) \). Обидві межі включні, тож діапазон 3–7 охоплює 3, 4, 5, 6 і 7 успіхів.

Коли слід використовувати біноміальний розподіл замість Пуассона, нормального або гіпергеометричного?

Використовуйте біноміальний розподіл, коли кількість випробувань фіксована, а результати незалежні зі сталою \( p \). Використовуйте гіпергеометричний розподіл, коли вибірка береться без повернення з малої генеральної сукупності (наприклад, витягування карт). Використовуйте розподіл Пуассона, коли рахують події за фіксований інтервал, а не за фіксовану кількість випробувань. Нормальний розподіл — це апроксимація, точна, коли \( np \) та \( n(1-p) \) обидві перевищують 5.

Що означає середнє np і чи може фактичний результат сильно від нього відрізнятися?

Середнє \( \mu = np \) — це очікувана середня кількість успіхів за багатьох повторень, а не прогноз для окремого експерименту. Окремі результати зазвичай потрапляють приблизно в межі \( \mu \pm 2\sigma \) (приблизно у 95% випадків), де \( \sigma = \sqrt{np(1-p)} \). Наприклад, при \( n = 100 \), \( p = 0.5 \): очікуйте близько 50 успіхів, зазвичай від 40 до 60.

Чому мій результат показано як «≈ 0%» — чи справді цей результат неможливий?

Ні, він не неможливий. «≈ 0%» лише означає, що ймовірність менша за приблизно \( 10^{-8} \). Перевірте десяткове значення, показане поруч із відсотками — дуже малі ймовірності відображаються в науковому записі, наприклад \( 2.5 \times 10^{-12} \). За великих \( n\) значення, далекі від середнього \( np \), можуть бути астрономічно малоймовірними, але математично можливими.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *