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超几何分布 vs 二项分布:放回与不放回的对照实验

操作区
参数预设
保持比例不变,直接放大总体规模

不放回抽样(超几何分布)

?
本轮抽样轨迹 第 0 / 5 次
当前抽到
本轮白球数
0
袋中剩余白球
10
袋中剩余黑球
10

放回抽样(二项分布)

?
本轮抽样轨迹 第 0 / 5 次
当前抽到
本轮白球数
0
袋中白球数
10
袋中黑球数
10

图2:理论分布对照

蓝线表示不放回对应的超几何分布,橙线表示放回对应的二项分布。

图3:差值图 |PHG - PBin|

这张图专门刻画每个 k 处的理论差值。峰值和总和越小,说明“差别不大”的表述越有依据。

结果表

便于课堂截图或对照讲解。若尚未开始实验,则实验频率列为 0。

k 超几何理论值 二项理论值 |Δ| 不放回实验频率 放回实验频率
提示:当 a+b 很大时,袋中球会采用“按比例缩略显示”,但统计与理论计算均使用真实参数。
参考信息(点击展开)
核心比例指标
n / (a+b) = 0.25
当这个比例较小时,不放回中每次抽取对总体组成的影响更小,两种分布通常更接近。
当前理论判断
差异较明显
请先看机制差异,再看总体规模放大后两种分布如何逐渐靠近。
总实验轮数
0
每轮都会同时完成一次“放回”和“不放回”的 n 次抽样。
总体差异指标
Σ|ΔP| = 0.0000
max|ΔP| = 0.0000
不放回

后续概率会变化

每次抽走一个球后,袋中白球数和黑球数都可能改变,因此后面每一步的抽取概率依赖前面已经发生的结果。

放回

每次环境保持不变

摸出后放回,袋中组成始终不变,各次抽取共享同一个白球概率 p = 0.5000

统计对照

看分布而不是只看单轮

单轮结果有波动,但大量重复实验后,“抽到白球个数”的频率分布会稳定下来,更适合比较两种抽样机制。

关键结论

总体足够大时更接近

当 a+b 远大于 n 时,不放回造成的组成变化在短时间内变得很小,因此超几何分布可由二项分布近似。

当前课堂观察

先通过单次演示观察“袋中组成是否变化”,再通过自动实验比较两种分布的频率图。

  • 本轮尚未开始。
  • 不放回:后一步的概率会受到前一步结果影响;放回:每一步环境相同。
  • 当 n / (a+b) 较小时,单次抽取对总体组成的扰动更弱。

理论结论

当前参数下,超几何分布与二项分布的理论差异可通过下方差值图与结果表来量化观察。

课堂建议

建议先用“预设1”让学生感受差异,再点击“规模 ×10”或切换到“预设3”,观察分布如何逐步重合。