國立高雄大學統計學研究所
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主題:39 統計與證明
發表者:黃文璋 Email:huangwj@nuk.edu.tw 日期:2014/12/16 下午 01:08:19

在二月河(1997)一書頁54-57,講了一與統計有關的故事。清朝施琅(1621-1696)於準備渡海作戰前,見到軍士普遍畏懼水戰,個個似都覺得此行將有去無回。這樣的士氣怎能作戰?遂拿出一把銅錢,向將士們說:

這是本提督昨夜拜海神廟,請來占卜用的神物!…一百枚康熙銅錢,擲向台灣海域圖,倘若我軍出師順利,當有九十五枚以上的字面朝上!

施琅準備豪賭的這番話,令眾謀士與將領相顧失色,急忙勸阻,但施琅不予理會。結果一擲之下,居然有99枚是字面朝上。頓時將台上下轟動,一干武將全身的血都在奔湧,心想果真天助我也。不難猜測,最後當然是打了勝仗。拜海神廟有效?原來施琅離京前,康熙特賜了100枚兩面都是字的銅錢,叫他如此操作。施琅怕有精明人起疑,特地在裡頭換了5枚,倒使眾人信得更紮實。

100個銅錢中,其中有95個兩面都是字,5個公正,擲出99個字面,或者放寬些,擲出至少99個字面,表示那5個公正銅板,擲出45個字面,其機率為

5×(1/2)5+(1/2)5=6/32=0.1875

發生還不算太困難。古時部隊作戰,不時得面對生死交關,很多事由不得自己,可能會較迷信神蹟,以為冥冥之中自有定數。故事丟一旁,平時若見到100個銅板,皆擲出正面,會有人相信那100個都是公正嗎?應該不至於,不過我們還是做個統計檢定。虛無假設H0取為銅枚皆公正,對立假然Ha取為銅枚不全公正。則在H0為真下,會出現100個正面的機率僅為1/2100,約7.8886×10-31,微乎其微。除非第一型錯誤的機率,取得比此值還小(那幾乎不可能),否則H0將輕易被拒絕。但若投擲100個銅板,出現95個正面呢?仍取同樣的H0Ha。令X表投擲100個銅板,所得之正面數。則在H0為真下,X之期望值為50,標準差為5。我們來求出現比95個還極端(即至少95)的正面數之機率。二項分佈的機率不好算,以常態分佈來近似,得

P(X95)=P((X-50)/5(95-50)/5)»P(Z9)»1.142×10-19

其中ZN(0,1)分佈。標準常態分佈,大於9個標準差的機率,一般書上的機率值表是不會有的,因很少用得著。上述P(Z9)的近似值,乃以計算機求出。這麼小的發生機率,絕大部分的時候,H0會被拒絕。所以,銅枚若公正,擲出至少95個正面,是比擲出100個正面容易很多。但仍是一個在合理情況下,不會讓人相信的事件。

只是一事件的機率值不論多小,只要是正的,就是可能發生。有人宣稱投擲公正銅板100次,皆得正面,你只能強烈懷疑其中有作假,並無法證明一定作假,畢竟事件發生的機率大於0。現假設以計算機模擬每1回擲銅板100次,持續執行模擬2110回。則100次皆得正面的這種詭異事件,平均將發生2110/2100=210=1,024回。當小機率碰到大樣本,其發生就不稀奇。

即使經嚴格的統計檢定後,接受了某一假設,也並未證明它為真。只表示這是在觀測到如此的數據,及給定的第一型錯誤機率下,所做出的決定。另一方面,投擲銅板100次,得到50個正面,50個反面,不偏不倚,是否較讓人相信銅板公正呢?並不盡然。因此機率為

C(100,50)·(1/2)100»0.079589

不算太大,會讓人半信半疑,覺得那這麼巧?若投擲銅板10,000次,得到5,000個正面,及5,000個反面,機率約0.007979,恐怕讓人更起疑。過度巧合,反而易引起懷疑,這乃向來如此。想想若老師宣稱上課採“隨機”抽問,結果一學期下來,每位學生恰好各被問一次,學生會相信老師真的隨機抽嗎?另外,假設某大學校系,申請入學30個名額,放榜有細心者發現,錄取15位男生,15位女生,男女恰好各半。你會相信在審核過程中,該系真的完全未考慮性別?但再度,統計是無法證明其中是否有人為運作。

經由統計,我們可判定有些事看起來正常,有些事看起來可疑。但真實情況究竟如何,乃有賴進一步調查,而這就非統計的工作了。統計並非萬能,但它是一個極科學的指引工具,指出可進一步探討的方向。有關事件究竟是巧合,或其中可能有蹊蹺,這方面的討論,尚可參考黃文璋(1999)(2010)二文。

參考文獻

1. 二月河(1997). 康熙大帝─玉宇呈祥(). 巴比倫出版社, 台北市.

2. 黃文璋(1999). 純屬巧合. 數學傳播季刊, 23(4): 6-21.

3. 黃文璋(2010). 談高中數學裡的交叉分析. 黃家小館(http://huang.nuk.edu.tw/cindex.htm).

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