Home / 分布・確率

正規分布の確率とパーセント点の計算 with Excel

INTRO ショートカット
STEP 0 シチュエーションの設定

ある建設資材製造会社が製造する直径50mm規格の丸鋼Aの製品品質は,平均 50.02mm,標準偏差0.07mmの正規分布にしたがうことがわかっています。

シチュエーションの設定(丸鋼Aの直径分布)

以下,この丸鋼Aの直径の計測値をxであらわします。

x から 確率p を求める

確率 — STEP 1 NORM.DIST関数

正規分布における下側確率(「累積確率」とも)は,ExcelではNORM.DIST関数で求められます。このとき,引数は次のとおりです。

NORM.DIST(x, 平均, 標準偏差, 関数形式) ―"Office"

引数「関数形式」は,[true] の指定で下側(累積)確率が,[false] の指定で確率密度(高さ)が返ります(ここでは後者の指定を必要とするような手続きは登場しません)。

また,求めたいものが下側確率でなく上側や区間のそれであったときには,それぞれの状況にハマる式を組み立てて対応します。

確率 — STEP 2 ある x より小さくなる確率……下側確率p

連続型確率変数がある1点をとる確率=0〔cf. 連続確率分布 ―"Wikipedia"〕。ここでは「以下」や「以上」といった境界を含む表現と差異はないものと考えます(以下に同じ)。

最初に,直径が50.00mmを下回る丸鋼が製造される確率を求めます。x=丸鋼Aの直径50.00mmとしてNORM.DIST関数による計算式を作成すると,下図・下表のようになります。

NORM.DIST関数で下側確率を求める
B7 =NORM.DIST(B4, B1, B2, TRUE)

戻り値: 0.388(38.8%)〔※小数点第4位で四捨五入。以下に同じ〕。これは,下のグラフ〔※イメージ。以下に同じ〕のグレーの彩色部分の面積です。

下側確率のグラフ
確率 — STEP 3 ある x より大きくなる確率……上側確率1-p

つづいて,直径が50.05mmを上回る丸鋼が製造される確率を求めます。x=丸鋼Aの直径50.05mmとして,NORM.DIST関数による計算式を作成します。

NORM.DIST関数で上側確率を求める
B7 =1-NORM.DIST(B4, B1, B2, TRUE)

戻り値: 0.334(33.4%)。これは,下のグラフのグレーの彩色部分の面積です。

上側確率のグラフ
確率 — STEP 4 区間(x1, x2)の値をとる確率 px2-px1

STEP 2・3の結果を未知と仮定して,直径が50.00mm〜50.05mmの丸鋼Aが製造される確率を求めます。x1=丸鋼Aの直径 50.00mm,x2=丸鋼Aの直径50.05mmとしてNORM.DIST関数による計算式を次のように作成します。

NORM.DIST関数で区間の確率を求める
B8 =NORM.DIST(B5, B1, B2, TRUE)-NORM.DIST(B4, B1, B2, TRUE)

戻り値: 0.278(27.8%)。これは,下のグラフのグレーの彩色部分の面積です。

区間確率のグラフ

下側確率p または 上側確率1-p から x を求める[パーセント点]

パーセント点 — STEP 1 NORM.INV関数

上と同じシチュエーションを使って,確率の計算とは逆に,下側確率pまたは上側確率1-pと対応する直径x(下側100×pパーセント点 or 上側100×(1-p)パーセント点)を求めていきます。この計算は,ExcelではNORM.INV関数で求めます。このとき,引数は次のとおりです。

NORM.INV(確率, 平均, 標準偏差) ―"Office"

パーセント点 — STEP 2 下側確率p のときの x

最初に,下側確率が0.388(38.8%)のときの直径xを求めます。この場合,p=0.388としてNORM.INV関数による計算式を作成すると,下図・下表のようになります。

NORM.INV関数で下側確率からxを求める
B7 =NORM.INV(B4, B1, B2)

戻り値: 50.00(mm)。これは,下のグラフの横軸・ポインターが指示する点です。

NORM.INV関数の結果グラフ(下側)
パーセント点 — STEP 3 上側確率1-p のときの x

次に,上側確率が0.334(33.4%)のときの直径xを求めます。1-p=0.334としてNORM.INV関数による計算式を作成すると,下図・下表のようになります。

NORM.INV関数で上側確率からxを求める
B7 =NORM.INV(1-B4, B1, B2)

戻り値: 50.05(mm)。これは,下のグラフの横軸・ポインターが指示する点です。

NORM.INV関数の結果グラフ(上側)