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excel概率密度函数公式_使用Excel绘制F分布概率密度函数图表

时间:2021-01-04 10:32:37

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excel概率密度函数公式_使用Excel绘制F分布概率密度函数图表

利用Excel绘制t分布的概率密度函数的相同方式,可以绘制F分布的概率密度函数图表。

F分布的概率密度函数如下图所示:

其中:μ为分子自由度,ν为分母自由度

Γ为伽马函数的的符号

由于Excel没有求F分布的概率密度函数可用,但是F分布中涉及到GAMMALN()函数,而excel是提供GAMMALN()函数的,所以我们可以使用excel中的GAMMALN()函数的运算来计算得到F分布的概率密度函数。(可参见【附录】)

经转换后上述公式为:

F(X,df1,df2)=EXP(GAMMALN((DF1+DF2)/2))*(DF1^(DF1/2))*(DF2^(DF2/2))*(X^(DF1/2-1))/EXP(GAMMALN(DF1/2))/EXP(GAMMALN(DF2/2))/((DF2+DF1*X)^((DF1+DF2)/2))

……………………………………………………………公式(1)

现以分子自由度μ=20,分母自由度ν=20为例,求F分布的图表,可由以下几步进行:

第1步在Excel单元格中输入自变量

在A列中,在单元格A2中输入0,在单元格A3中输入0.1,递增0.1,选中单元格A2与A3,按住右下角的填充控制点一直拖到单元格A46是4.4为止,A列的这些数据就作为随机变量t的取值。

第2步在单元格B2中输入计算t分布的概率密度函数的公式

对于公式(1),由于自由度μ=20,ν=20则由DF1=20,DF2=20代入;自变量X就是单元格A2的值,所以按Excel相对引用的规则,X由A2代入即可,于是单元格B2内容是

=EXP(GAMMALN((20+20)/2))/(EXP(GAMMALN(20/2))*EXP(GAMMALN(20/2)))*(20/20)^(20/2)*A2^(20/2-1)*(1+20/20*A2)^(-1/2*(20+20))

第3步复制公式

按住单元格B2右下角的填充控制点,向下一直拖曳到B46,将B2的公式填充复制到B列的相应的单元格。

第4步作F分布概率密度函数图表

选择A1:B46,选“插入”-“图表”-“散点图”-“带平滑线的散点图”,输入标题,调整字号、线型等格式,完成t分布概率密度函数图,如图-1所示:

图-1

如将上图的图表类型换成二维面积图,则如图-2-1(版)和图-2-2(版)所示:

图-2-1

图-2-2

如将上图的图表类型换成三维面积图,则如图-3-1(版)和图-3-2(版)所示:

图-3-1

图-3-2

为了方便调整不同的自由度参数值观察图形变化,在Excel数据表中可在第一行的某几个单元格如I1、I2;J1、J2;K1、K2;L1、L2;M1、M2输入不同参数,然后在公式引用这几个参数时使用不同的方式:列数据为相对引用,而行数据为绝对引用,如I$1、I$2;J$1、J$2;K$1、K$2;L$1、L$2;M$1、M$2。而A列自变量值则使用:列数据为绝对引用,而行数据为相对引用,如$A4、$A5、$A6等。例:B4单元格的公式则为:

=EXP(GAMMALN((I$1+I$2)/2))*(I$1^(I$1/2))*(I$2^(I$2/2))*($A4^(I$1/2-1))/EXP(GAMMALN(I$1/2))/EXP(GAMMALN(I$2/2))/((I$2+I$1*$A4)^((I$1+I$2)/2))

这样引用的公式可以直接拖曳复制B4:F48。

数据表输入截图如图-4:

在公式输入后,选择单元格区间A3:F48,在同一图表作出五种不同自由度的平滑曲线的散点图,如图-5所示:

图-5

【附录:关于GAMMALN()函数和EXP()函数】

函数GAMMALN的计算公式如下:

伽马函数Γ(x)是个定积分,无法直接计算,可由GAMMALN()函数和EXP()函数,并利用对数恒等式:

间接求得,下面对以上内容使用Excel中的相关文字加以说明。

GAMMALN函数的作用:返回伽玛函数Γ(x)的自然对数。语法:GAMMALN(x)

X为需要计算函数GAMMALN的数值。

GAMMALN(x)=LN(Γ(x))

说明:如果x为非数值型,函数GAMMALN返回错误值#VALUE!。如果x≤0,函数GAMMAIN返回错误值#NUM!。数字e的GAMMALN(i)次幂等于(i-1)!,其中i为整数,常数e等于2.71828182845904,是自然对数的底数。GAMMALN(8)=8.525161

EXP(GAMMALN(8))=5040=(8-1)!=FACT(7)

FACT(N)为返回N-1的阶乘(N-1)!=1×2×3×4×…×(N-2)×(N-1)的函数(其中N为自然数)

关于EXP()函数:

EXP()返回e的n次幂。常数e等于2.71828182845904,是自然对数的底数。

语法

EXP(number)

Number为底数e的指数。

说明

若要计算以其他常数为底的幂,请使用指数操作符(^)。EXP函数是计算自然对数的LN函数的反函数。EXP(1)=2.718282(e的近似值)

EXP(2)=7.389056

EXP(1)=20.08554

EXP(LN(3))=3

于是为求伽马函数Γ(x)首先要回忆一个最基本的恒等式:

即可得:

把该恒等式用于伽马函数的取得,可以由以下两步进行:

先用GAMMALN(x),取得自然对数;/view/18454.html

再用EXP(GAMMALN(x)),取得伽马函数的值。

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