תכונות עקומת ההתפלגות הנורמלית

30%
📖שיעור
35 דקות

תכונות עקומת ההתפלגות הנורמלית

מהי עקומת פעמון נורמלית: סימטריה ביחס לממוצע, שיא יחיד במרכז ודעיכה בקצוות, השוויון ממוצע=חציון=שכיח, וכל השטח שמתחת לעקומה שווה ל-1(100%1 (100\% מהאוכלוסייה). נלמד גם לזהות התפלגויות שאינן נורמליות ולקשר בין רוחב העקומה לסטיית התקן.

תכונות עקומת ההתפלגות הנורמלית

מבוא

תופעות רבות מהחיים — גובה של אנשים, ציונים במבחן ארצי, משקל של פירות, זמני ריצה — מתחלקות באוכלוסייה גדולה בצורה אופיינית: רוב הפרטים קרובים לממוצע, ומעטים נמצאים רחוק ממנו בשני הכיוונים. כשמציירים זאת כגרף מתקבלת עקומת פעמון — זוהי ההתפלגות הנורמלית, אחד הכלים המרכזיים בסטטיסטיקה.

מטרות השיעור

  • לזהות עקומת התפלגות נורמלית לפי שלוש תכונות: סימטריה, שיא יחיד ודעיכה בקצוות
  • להבין מדוע בהתפלגות נורמלית מתקיים
  • להבין שכל השטח שמתחת לעקומה שווה ל-1 (כלומר מהאוכלוסייה), ושמחציתו נמצאת בכל צד של הממוצע
  • לקשר בין רוחב העקומה לבין סטיית התקן (מדד הפיזור)
  • לפסול עקומות שאינן נורמליות (אחידה, א-סימטרית, רב-שיאית)

הרעיון המרכזי

שלוש התכונות של עקומה נורמלית

עקומת התפלגות נורמלית מאופיינת בשלוש תכונות:

  1. סימטריה — העקומה סימטרית ביחס לקו אנכי שעובר דרך הממוצע . מה שקורה משמאל למרכז משתקף מימין לו.
  2. שיא יחיד במרכז — לעקומה נקודת מקסימום אחת בלבד, בדיוק בממוצע. שם מרוכזים רוב הנתונים.
  3. דעיכה בקצוות — ככל שמתרחקים מהממוצע לשני הכיוונים, העקומה יורדת ומתקרבת לציר ה-x: פרטים רחוקים מהממוצע נדירים.

צורת העקומה נקבעת על ידי שני מדדים בלבד: הממוצע קובע את מיקום המרכז, וסטיית התקן קובעת את רוחב הפעמון (את הפיזור).

ממוצע = חציון = שכיח

בגלל הסימטריה, נקודת המרכז של העקומה הנורמלית היא בו-זמנית שלושה מדדים:

  • הממוצע — מרכז הכובד של הנתונים, ובמקרה הסימטרי הוא במרכז.
  • החציון — הערך שמחציתו מתחתיו ומחציתו מעליו. בגלל הסימטריה, קו המרכז מחלק את השטח לשני חצאים שווים, ולכן הוא החציון.
  • השכיח — הערך השכיח ביותר, כלומר הערך שבו העקומה מגיעה לשיא. השיא נמצא במרכז.

לכן בהתפלגות נורמלית: . (בהתפלגות א-סימטרית שלושת המדדים שונים זה מזה.)

כל השטח שווה ל-1(100%1 (100\% מהאוכלוסייה)

הרעיון החשוב ביותר לקראת ההמשך: השטח הכולל שמתחת לעקומה הנורמלית שווה תמיד ל-1, כלומר מהאוכלוסייה.

לכן כל שטח חלקי שמתחת לעקומה מייצג חלק יחסי (אחוז) מהאוכלוסייה — או, באופן שקול, את ההסתברות לבחור באקראי פרט מהקבוצה הזו. בזכות הסימטריה, השטח שמשמאל לממוצע שווה לשטח שמימין לממוצע, וכל אחד מהם הוא .


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: זיהוי העקומה הנורמלית

נתונות ארבע עקומות: (1)(1) פעמון סימטרי עם שיא יחיד,(2), (2) מלבן (אחידה),(3), (3) עקומה עם זנב ארוך לימין,(4), (4) עקומה עם שני שיאים. איזו מהן נורמלית?

שלוש דרישות לזיהוי: , , . די בכך שאחת מהן מופרת כדי לפסול עקומה.

1

שלב 1 — בודקים סימטריה

עקומה (3)(3) א-סימטרית (זנב ימני), ולכן נפסלת. הפעמון (1)(1) סימטרי.
בחירה מרובה

אילו מהתכונות הבאות מאפיינות עקומת התפלגות נורמלית? (בחרו את כל הנכונות.)

בחרו את כל התשובות הנכונות

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: ממוצע = חציון = שכיח

משקל ביצים מתפלג נורמלית עם ממוצע 62 גרם. מהו החציון? מהו המשקל השכיח ביותר?

גרם — תכונה של כל התפלגות נורמלית.

1

שלב 1 — מזהים את ההתפלגות כסימטרית

ההתפלגות נורמלית, ולכן סימטרית ביחס לממוצע 62 גרם.

דוגמה 3: כל השטח = 100%, ומחציתו בכל צד

גובהם של תלמידי שכבה מתפלג נורמלית. איזה אחוז מהתלמידים נמוכים מהגובה הממוצע, ואיזה אחוז גבוהים ממנו?

— תוצאה ישירה של הסימטריה ושל כך שכל השטח הוא .

1

שלב 1 — כל השטח

כל השטח שמתחת לעקומה הוא 100% מהאוכלוסייה.
תשובה מספרית

גובהם של תלמידי שכבה מתפלג נורמלית. איזה אחוז מהתלמידים גבוהים מהגובה הממוצע? (רשמו את התשובה כמספר אחוזים, ללא סימן %.)

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: רוחב העקומה וסטיית התקן

שתי קבוצות אצנים, אותו מספר רצים ואותו זמן ריצה ממוצע. עקומת קבוצה A גבוהה וצרה, עקומת קבוצה B נמוכה ורחבה. לאיזו קבוצה סטיית תקן גדולה יותר?

רוחב הפעמון נקבע על ידי : קטנה ⟸ עקומה צרה (נתונים מרוכזים); גדולה ⟸ עקומה רחבה (נתונים מפוזרים). הממוצע אינו משפיע על הרוחב, רק על המיקום.

1

שלב 1 — השטח הכולל שווה

השטח הכולל מתחת לכל עקומה נורמלית הוא 1(100%)1 (100\%). מספר הרצים זהה, אז שתי העקומות 'עוטפות' אותו שטח.
בדיקה מהירה

התפלגות הגבהים של בנים ושל בנות בשכבה היא נורמלית, ולשתי הקבוצות אותו מספר תלמידים. ממוצע גובה הבנים גבוה מממוצע גובה הבנות, ופיזור הגבהים (סטיית התקן) דומה בשתי הקבוצות. כיצד ייראו שתי העקומות זו ביחס לזו?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

בדיקה מהירה

באותו גרף מצוירות שתי עקומות נורמליות של זמני ריצה (בשניות) של שתי קבוצות אצנים בנות אותו מספר רצים. לשתי העקומות אותו ממוצע, אך עקומה A גבוהה וצרה ועקומה B נמוכה ורחבה. מה ניתן להסיק?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: חושבים שכל עקומה בצורת גבעה היא נורמלית

עקומה עם זנב ימני ארוך או עם שני שיאים נראית 'מתנפחת' באמצע אך אינה נורמלית — היא מפרה את הסימטריה או את דרישת השיא היחיד.

למה זה קורה?

מתמקדים רק בכך שיש 'בליטה' באמצע ומתעלמים מהסימטריה וממספר השיאים.

איך מתקנים?

בדקו את שלוש התכונות יחד: סימטריה, שיא יחיד ודעיכה בקצוות. עקומה א-סימטרית או רב-שיאית אינה נורמלית, גם אם יש לה בליטה מרכזית.

טעות נפוצה: מניחים שממוצע=שכיח גם בהתפלגות א-סימטרית

רק כאשר העקומה סימטרית מתקיים .

למה זה קורה?

זוכרים את השוויון מההתפלגות הנורמלית ומחילים אותו על כל התפלגות.

איך מתקנים?

השוויון ממוצע=חציון=שכיח נובע מהסימטריה ותקף רק בהתפלגות סימטרית (כמו הנורמלית). בהתפלגות א-סימטרית הזנב 'מושך' את הממוצע, והוא נבדל מהשכיח ומהחציון.

טעות נפוצה: חושבים שעקומה גבוהה וצרה מתארת אוכלוסייה גדולה יותר

גובה העקומה קשור לפיזור (), לא לגודל האוכלוסייה. השטח הכולל הוא תמיד 1.

למה זה קורה?

מזהים 'גובה' של העקומה עם 'כמות' של פרטים.

איך מתקנים?

השטח הכולל מתחת לכל עקומה נורמלית שווה ל-1(100%)1 (100\%) ללא תלות בצורתה. עקומה צרה וגבוהה מעידה על סטיית תקן קטנה (פיזור קטן), לא על אוכלוסייה גדולה יותר.

טעות נפוצה: לא מקשרים בין השטח הכולל לבין 100% מהאוכלוסייה

, ולכן .

למה זה קורה?

רואים בעקומה גרף מופשט ולא תמונה של חלוקת אוכלוסייה.

איך מתקנים?

כל השטח שמתחת לעקומה = כל האוכלוסייה =100%= 100\%. כל שטח חלקי הוא חלק יחסי (אחוז) מהאוכלוסייה, ומחצית מהשטח נמצאת בכל צד של הממוצע.

סיכום

מה למדנו?

עקומת ההתפלגות הנורמלית:

  1. שלוש תכונות מזהות: סימטריה ביחס לממוצע, שיא יחיד במרכז, ודעיכה בקצוות.
  2. בגלל הסימטריה: , וכולם בנקודת המרכז.
  3. השטח הכולל = 1 = מהאוכלוסייה; מחציתו () בכל צד של הממוצע. שטח חלקי = חלק יחסי = הסתברות.
  4. הממוצע קובע את מיקום המרכז; סטיית התקן קובעת את רוחב הפעמון — קטנה ⟸ עקומה צרה, גדולה ⟸ עקומה רחבה.

בשיעור הבא נסמן את שנתות העקומה במרחקי סטיות תקן מהממוצע, ונלמד לקרוא הסתברויות מתוך הגרף המסומן!


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן בזיהוי עקומות נורמליות ובתכונותיהן!

תרגול