(共67张PPT)
9.2.4 总体离散程度的估计
1.结合实例,能用样本估计总体的离散程度参数(标准差、方差、极差)(数据分析).
2.理解离散程度参数的统计含义(数学运算).
课标要求
平均数、中位数和众数为我们提供了一组数据的集中趋势的信息,这是概括一组数据的特征的有效方法.但仅知道集中趋势的信息,很多时候还不能使我们做出有效决策.这节课我们共同来研究总体离散趋势的有关知识.
情景导入
知识点一 方差、标准差
01
知识点二 分层随机抽样的方差
02
知识点三 方差、标准差与统计图表的综合应用
03
目录
课时作业
04
知识点一
方差、标准差
01
PART
问题 有两位射击运动员在一次射击测试中各射靶10次,每次命中的环数
如下:
甲:7 8 7 9 5 4 9 10 7 4
乙:9 5 7 8 7 6 8 6 7 7
(1)你能用平均数、中位数、众数对甲、乙两位运动员的射击情况作出
评价吗?
提示:计算可得甲、乙两名运动员射击成绩的平均数、中位数、众数都是
7,两名运动员没有差别.
(2)如图,是甲、乙两人成绩的频率分布条形图,据图你又有什么发现?
提示:从图上看,甲的成绩比较分散,乙的成绩比较集中.
(3)你还有其他方法说明甲、乙两人的射击情况有差异吗?
提示:①利用极差:根据甲、乙两人的射击成绩可以得到甲命中环数
的极差=10-4=6,乙命中环数的极差=9-5=4.可以发现甲的成绩
波动范围比乙的大.②利用“平均距离”:我们知道,如果射击的成绩
很稳定,那么大多数的射击成绩离平均成绩不会太远;相反,如果射
击的成绩波动幅度很大,那么大多数的射击成绩离平均成绩会比较远.
因此,我们可以通过这两组射击成绩与它们的平均成绩的“平均距
离”来度量成绩的波动幅度.
【知识梳理】
1. 平均距离:假设一组数据是x1,x2,…,xn,用 表示这组数据的平均
数.我们用每个数据与平均数的差的 作为“距离”,即|xi-
|(i=1,2,…,n)作为xi到 的“距离”.可以得到这组数据x1,
x2,…,xn到 的“平均距离”为 |xi- |.
绝对值
2. 方差、标准差:绝对值改用平方来代替,即 (xi- )2=
,我们称为这组数据的 .取它的算术平方根,即
,我们称为这组数据的 .
-
方差
标准差
如果总体中所有个体的变量值分别为Y1,Y2,…,YN,总体平均数为 ,
则称S2= (Yi- )2 为总体方差,S= 为总体标准差.
加权形式:如果总体的N个变量值中,不同的值共有k(k≤N)个,不妨
记为Y1,Y2,…,Yk,其中Yi出现的频数为fi(i=1,2,…,k),则总
体方差为S2= .
(Yi- )2
fi(Yi- )2
3. 总体方差、总体标准差
4. 样本方差和标准差:如果一个样本中个体的变量值分别为y1,y2,…,
yn,样本平均数为 ,则称s2= 为样本方差,s
= 为样本标准差.
5. 标准差的意义:标准差刻画了数据的 或 ,标
准差越大,数据的离散程度越 ;标准差越小,数据的离散程度
越 .
(yi- )2
离散程度
波动幅度
大
小
【例1】 甲、乙两机床同时加工直径为100 cm的零件,为检验质量,从
中各抽取6件测量,数据如下:
甲:99 100 98 100 100 103
乙:99 100 102 99 100 100
(1)分别计算两组数据的平均数及方差;
解: = ×(99+100+98+100+100+103)=100,
= ×(99+100+102+99+100+100)=100.
= ×[(99-100)2+(100-100)2+(98-100)2+(100-100)2
+(100-100)2+(103-100)2]= ,
= ×[(99-100)2+(100-100)2+(102-100)2+(99-100)2
+(100-100)2+(100-100)2]=1.
(2)根据计算结果,判断哪台机床加工零件的质量更稳定.
解: 两台机床所加工零件的直径的平均数相同,又 > ,所以乙
机床加工零件的质量更稳定.
【规律方法】
1. 计算方差常用公式
(1)定义法:s2= [(x1- )2+(x2- )2+…+(xn- )2];
(2)简化法:s2= [( + +…+ )-n ].
2. 具有线性关系的数据的平均数和方差
若数据x1,x2,…,xn与y1,y2,…,yn之间满足关系yi=axi+b,且数
据x1,x2,…,xn的平均数和方差分别为 和s2,那么y1,y2,…,yn的平
均数为a +b,方差为a2s2,标准差为|as|.
特别地,若yi=xi±b,则y1,y2,…,yn的平均数为 ±b,方差为s2,
标准差为s;
若yi=kxi,则y1,y2,…,yn的平均数为k ,方差为k2s2,标准差为|
ks|.
训练1 (1)现有10个数,其平均数为3,且这10个数的平方和是100,那
么这组数据的标准差是( )
A. 1 B. 2
C. 3 D. 4
解析: 由s2= - ,得s2= ×100-32=1,∴s=1.
(2)(2025·开封月考)一组数据中的每一个数据都乘2,再都减80,得
一组新数据,若求得新数据的平均数是1.2,方差是4.4,求原来数据的平
均数和方差.
√
解:法一 设原来的数据为x1,x2,x3,…,xn,则新数据为2x1-80,2x2-80,2x3-80,…,2xn-80,所以 =1.2,所以 =1.2,则原来数据的平均数为 =40.6. [(2x1-80-1.2)2+(2x2-80-1.2)2+…+(2xn-80-1.2)2]=4.4,即 [(2x1-81.2)2+(2x2-81.2)2+…+(2xn-81.2)2]=4.4,则原来数据的方差为 [(x1-40.6)2+(x2-40.6)2+…+(xn-40.6)2]= [(2x1-81.2)2+(2x2-81.2)2+…+(2xn-81.2)2]
= ×4.4=1.1.
法二 设原数据的平均数为 ,方差为s2,则数据中的每一个数都乘2,再
都减80,得一组新数据后,新数据的平均数为2 -80,方差为22s2,由题
意得 解得
知识点二
分层随机抽样的方差
02
PART
【知识梳理】
假设第一层有m个数,分别为x1,x2,…,xm,平均数为 ,方差为s2;
第二层有n个数,分别为y1,y2,…,yn,平均数为 ,方差为t2.则 =
xi,
s2= (xi-x)2, = yi,t2= (yj- )2.若记样本平均数
为 ,样本方差为b2,则可以算出 = ( xi+ yi)= ,
b2= = [(ms2+nt2)+ (
- )2].
【例2】 (链接教材P213 例6)甲、乙两支田径队的体检结果为:甲队体
重的平均数为60 kg,方差为200,乙队体重的平均数为70 kg,方差为
300,又已知甲、乙两队的队员人数之比为1∶4,那么甲、乙两队全部队
员的平均体重和方差分别是多少?
解:由题意可知 =60,甲队队员在所有队员中所占权重为
w甲= = ,
=70,乙队队员在所有队员中所占权重为w乙= = ,
则甲、乙两队全部队员的平均体重为
=w甲 +w乙 = ×60+ ×70=68(kg),
甲、乙两队全部队员的体重的方差为
s2=w甲[+( - )2]+w乙[+( - )2]
= [200+(60-68)2]+ [300+(70-68)2]=296.
【规律方法】
分层随机抽样的方差
设样本中不同层的平均数分别为 , ,…, ,方差分别为 ,
,…, ,相应的权重分别为w1,w2,…,wn,则这个样本的方差为
s2= wi[+( - )2]( 为总样本平均数).
训练2 (1)(2025·温州月考)在高一期中考试中,甲、乙两个班的数
学成绩统计如表:
班级 人数 平均分数 方差
甲 30 2
乙 20 3
其中 = ,则甲、乙两个班数学成绩的方差为( D )
A. 2.2 B. 2.6
C. 2.5 D. 2.4
D
解析: 由题意知,甲、乙两个班数学成绩的平均数为 = = ,
则两个班数学成绩的方差为s2= [2+( - )2]+ [3+(
- )2]= + =2.4.故选D.
(2)某高校新增设的“人工智能”专业,共招收了两个班,其中甲班30
人,乙班40人,在2025年高考中,甲班学生的平均分为665分,方差为
131,乙班学生的平均分为658分,方差为208.则该专业所有学生在2025年
高考中的方差为 .
解析: 由题意得甲班学生成绩的平均数 =665,方差 =131,乙
班学生成绩的平均数 =658,方差 =208,则总体平均数 = +
=661,方差s2= ×[131+(665-661)2]+ ×[208+(658-
661)2]=187.
187
03
PART
知识点三
方差、标准差与统计图表的综合应用
【例3】 甲、乙、丙三人投掷飞镖,他们的成绩(环数)的频数条形统
计图如图所示.则甲、乙、丙三人训练成绩方差 , , 的大小关系
是( )
A. < < B. < <
C. < < D. < <
√
解析: 方差表示数据稳定程度,越稳定方差越小,丙的成绩集中在6
环,乙的成绩平均分散,甲的成绩分散在两边,所以丙的成绩最稳定,方
差最小;甲的成绩最不稳定,方差最大,所以 < < .
【规律方法】
根据统计图表确定方差(标准差)的大小关系的两个方法
(1)根据统计图表中所提供的数据与方差(标准差)的计算公式求出其
数值,然后比较大小;
(2)若统计图表中没有反映出具体的数据或计算较为繁琐,可根据统计
图表所反映的数据的波动性大小来比较大小.
训练3 (2025·周口月考)已知甲、乙两名同学在高三的6次数学测试中的成绩统计如图,则下列说法错误的是( )
A. 若甲、乙两组数据的平均数分别为 , ,
则 >
B. 若甲、乙两组数据的方差分别为 , ,则 >
C. 甲成绩的极差小于乙成绩的极差
D. 甲成绩比乙成绩稳定
√
解析: 对于A,由折线图可知,甲同学的平均成绩高于乙同学的平均成
绩,A正确;对于B,由折线图可知,甲同学的成绩较乙同学的成绩更稳
定,所以 < ,B错误;对于C,由折线图可知,甲成绩的极差小于乙
成绩的极差,C正确;对于D,甲成绩比乙成绩稳定,D正确.
1. 下列数字特征不能反映样本数据的分散程度、波动情况的是( )
A. 极差 B. 平均数
C. 方差 D. 标准差
解析: 易知A、C、D都能反映样本数据的分散程度、波动情况.
√
2. 若数据x1,x2,…,x9的方差为2,则数据2x1,2x2,…,2x9的方差为
( )
A. 2 B. 4
C. 6 D. 8
解析: 数据x1,x2,…,x9的方差s2=2,则数据2x1,2x2,…,2x9的
方差为22s2=8.故选D.
√
3. 张华和李明两名同学参加数学竞赛的预选赛,他们分别同时进行了5次
模拟测试,测试成绩如表(单位:分):
张华 100 80 90 90 90
李明 100 100 70 90 90
如果希望在张华、李明两人中选发挥比较稳定的1人入选,则入选的人应
是 .
张华
解析:张华成绩的平均分为 = =90,方差为 =
=40,李明成绩的平均分为 = =90,方
差为 = =120,因为 < ,所以张华、李明两人中发
挥比较稳定的是张华,故入选的人应是张华.
4. 某校为调查高三年级的体育成绩情况,随机调查了高三(1)班10名学
生,体育成绩平均分是90,方差是3;高三(2)班15名学生,体育成绩平
均分是85,方差是5,则这25名学生体育成绩的方差为 .
解析:由题意可知,这25名学生体育成绩的平均数为 = =
87,所以这25名学生体育成绩的方差为s2= ×[3+(90-87)2]+
×[5+(85-87)2]=10.2.
10.2
课堂小结
1.理清单
(1)方差、标准差;
(2)分层随机抽样的方差;
(3)方差、标准差与统计图表的综合应用.
2.应体会
数据统计、数据分析.
3.避易错
方差、标准差易混淆.
课时作业
04
PART
1. 甲、乙两名同学参加了一次篮球比赛的全部7场比赛,平均每场得分都
是16分,标准差分别为3.5和4.62,则甲、乙两名同学在这次篮球比赛
中,发挥更稳定的是( )
A. 甲 B. 乙
C. 甲、乙相同 D. 不能确定
解析: 因甲、乙平均每场得分相同,都是16分,而甲的标准差3.5小于
乙的标准差4.62,即甲每场比赛的得分波动较乙的小,甲发挥更稳定.故
选A.
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2. (2025·莆田月考)有一农场在同一块稻田中种植一种水稻,连续8年
的亩产量(单位:kg)如下:450,430,460,440,450,440,470,
460,则其方差为( )
A. 120 B. 80
解析: 因为连续8年的亩产量的平均数为 ×(450+430+460+440+
450+440+470+460)=450,所以其方差为 ×[(450-450)2+(430
-450)2+(460-450)2+(440-450)2+(450-450)2+(440-
450)2+(470-450)2+(460-450)2]=150.
√
C. 15 D. 150
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3. (2025·广州月考)若一组10个数据a1,a2,…,a10的平均数为3,方
差为6,则 + +…+ =( )
A. 50 B. 100
解析: 由题意可知,这10个数据的平均数为 = ai=3,方差为s2
= (ai- )2= ( -10 )= ( -90)=6,解得
+ +…+ = =150.
C. 150 D. 200
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4. 已知样本容量为9的四组数据,它们的平均数都是5,条形统计图如图所
示,则标准差最大的是( )
√
解析: 选项A中,样本数据都为5,数据没有波动幅度;选项B中,样
本数据为4,4,4,5,5,5,6,6,6;选项C中,样本数据为3,3,4,
4,5,6,6,7,7;选项D中,样本数据为2,2,2,2,5,8,8,8,8,
故标准差最大的是D. 也可由样本数据的离散程度的大小反映标准差,从
题图中可以看出D中的数据波动最大.
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5. 如图,一组数据x1,x2,x3,…,x9,x10的平均数为5,方差为 ,去
除x9,x10这两个数据后,平均数为 ,方差为 ,则( )
A. >5, > B. <5, <
C. =5, < D. =5, >
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解析: 由题意可得, xi=5,x9=1,x10=9,则 xi=50,故
= xi= ( xi-x9-x10)= (50-1-9)=5,因为x9,x10是波动
幅度最大的两个点的值,所以去除x9,x10这两个数据后,整体波动幅度减
小,故 > .
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6. 〔多选〕(2025·金华月考)一组数据x1,x2,…,xn的平均数为6,
方差为1,则关于新数据2x1-3,2x2-3,…,2xn-3,下列说法正确的是
( )
A. 这组新数据的平均数为6
B. 这组新数据的平均数为9
C. 这组新数据的方差为1
D. 这组新数据的方差为4
√
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解析: 由题意得:x1+x2+…+xn=6n,(x1-6)2+(x2-6)2
+…+(xn-6)2=n,则 =
=9,
=
=4,所以这组新数据的平均数为
9,方差为4.故选B、D.
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7. 〔多选〕春节7天假期期间,高速公路免费通行.如图是某部门统计的甲、乙两个收费站在第n天的通行车辆数量统计图,则下列结论正确的是( )
A. 甲收费站的平均通行车辆数多于乙收费站的平均通行车辆数
B. 甲收费站通行车辆数的极差大于乙收费站通行车辆数的极差
C. 甲收费站通行车辆数的中位数大于乙收费站通行车辆数的中位数
D. 甲收费站通行车辆数的方差大于乙收费站通行车辆数的方差
√
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解析:对于A,甲收费站的平均通行车辆数为 ≈1 371,乙收费站的平均通行车辆数为 ≈1 343,故甲收费站的平均通行车辆数多于乙收费站的平均通行车辆数,故A正确;对于B,甲收费站通行车辆数的极差为2 000-800=1 200,乙收费站通行车辆数的极差为1 800-800=1 000,故B正确;对于C,甲收费站通行车辆数为800,1 200,1 200,1 200,1 600,1 600,2 000,中位数为1 200,乙收费站通行车辆数为800,800,1 200,1 600,1 600,1 600,1 800,中位数为1 600,故C错误;对于D,通过方差公式计算甲、乙收费站通行车辆数的方差,可以判
断甲收费站通行车辆数的方差小于乙收费站通行车辆数的方差,故D错误.
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8. 某班成立了A,B两个数学兴趣小组,A组10人,B组30人,经过一周
的补习后进行了一次测试,在该测试中,A组的平均成绩为130分,方差为
115,B组的平均成绩为110分,方差为215.则在这次测试中全班学生方差
为 .
265
解析:依题意 =130, =115, =110, =215,∴ =
×130+ ×110=115(分),∴全班学生成绩的方差为s2= [
+( - )2]+ [+( - )2]= ×(115+225)+
×(215+25)=85+180=265.
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9. 已知一个样本容量为7的样本的平均数为5,方差为2,现样本加入新数
据4,5,6,此时样本容量为10,若此时平均数为 ,方差为s2,则
= ,s2= .
解析:设这10个数据分别为:x1,x2,…,x7,x8=4,x9=5,x10=6,根据题意 =5 x1+x2+…+x7=35,
=2 (x1-5)2+(x2-5)2+…+(x7-5)2=14,所以 = = =5,s2= = =1.6.
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10. (2025·江门模拟)某果园试种了 A,B两个品种的桃树各10棵,并
在桃树成熟挂果后统计了这20棵桃树的产量如下表,记A,B两个品种各
10棵产量的平均数分别为 和 ,方差分别为 和 .
A(单位/kg) 60 50 40 60 70 80 70 30 50 90
B(单位/kg) 40 60 50 80 80 50 60 20 80 70
(1)分别求这两个品种产量的极差和中位数;
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解:这10棵A品种桃树的产量从小到大分别为30,40,50,50,60,
60,70,70,80,90,
这10棵A品种桃树产量的极差为90-30=60,中位数为 =60,
这10棵B品种桃树产量从小到大分别为20,40,50,50,60,60,70,
80,80,80,
这10棵B品种桃树产量的极差为80-20=60,中位数为 =60.
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(2)求 , , , ;
解: = ×(30+40+50+50+60+60+70+70+80+90)=60,
= ×(20+40+50+50+60+60+70+80+80+80)=59,
= ×[(30-60)2+(40-60)2+(50-60)2+(50-60)2+(60
-60)2+(60-60)2+(70-60)2+(70-60)2+(80-60)2+(90
-60)2]=300,
= ×[(20-59)2+(40-59)2+(50-59)2+(50-59)2+(60
-59)2+(60-59)2+(70-59)2+(80-59)2+(80-59)2+(80
-59)2]=349.
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(3)果园要大面积种植这两种桃树中的一种,依据以上计算结果分析选
种哪个品种更合适,并说明理由.
解:由(1)可知这两个品种极差和中位数都相等,由(2)可知
> , < ,
则A品种桃树平均产量高,波动小,所以应该选种A品种桃树.
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11. 在某市高三第一次诊断性考试后,各班级都有外出学习艺体的同学回
归校园学习文化课.假设某位回归校园的同学的“一诊”数学成绩刚好是
班级平均分,则对该班级的数学成绩,下列说法正确的是( )
A. 平均分变大,方差不变
B. 平均分变小,方差不变
C. 平均分不变,方差变大
D. 平均分不变,方差变小
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解析:设该班原有n位同学,数学成绩记为a1,a2,a3,…,an,原平均分 = ,原方差 = ,该同学回归校园后新平均分 = = = ,即平均分不变.该同学回归校园后新方差 = = = < ,即方差变小.故选D.
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12. 〔多选〕在发生公共卫生事件期间,有专业机构认为该事件在一
段时间内没有发生大规模群体感染的标志为“连续10天,每天新增疑
似病例不超过7人”.以下为过去10日,甲、乙、丙、丁四地新增疑似
病例数据信息.
甲地:中位数为2,极差为5; 乙地:平均数为2,众数为2;
丙地:平均数为1,方差大于0; 丁地:平均数为2,方差为2.6.
则一定符合该标志的是( )
A. 甲地 B. 乙地
C. 丙地 D. 丁地
√
√
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解析: 对于A选项,因为甲地中位数为2,极差为5,故最大值不会大
于2+5=7,故A正确;对于B选项,若乙地过去10日每天新增疑似病例分
别为0,0,0,2,2,2,2,2,2,8,则满足平均数为2,众数为2,但不
满足每天新增疑似病例不超过7人,故B错误;对于C选项,若丙地过去10
日每天新增疑似病例分别为0,0,0,0,0,0,0,0,1,9,则满足平均
数为1,方差大于0,但不满足每天新增疑似病例不超过7人,故C错误;对
于D选项,若至少有一天疑似病例超过7人,则必有方差s2> ×(8-2)
2=3.6>2.6,与条件方差为2.6矛盾,故过去10日,每天新增疑似病例不
超过7人,故D正确.
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13. 某校高二年级有男生400人和女生600人,为分析期末物理调研测试成
绩,按照男女比例通过分层随机抽样的方法取到一个样本,样本中男生的
平均成绩为80分,方差为10,女生的平均成绩为60分,方差为20,由此可
以估计该校高二年级期末物理调研测试成绩的方差为 .
解析:由400∶600=2∶3,不妨设样本由男生2人(x1,x2)和女生3人
(y1,y2,y3)组成.由题设得 (x1+x2)=80,即x1+x2=160; (y1
+y2+y3)=60,即y1+y2+y3=180,所以样本的平均分 = ×(160+
180)=68,样本的方差s2= ×[10+(80-68)2]+ ×[20+(60-
68)2]=112,即估计该校高二年级期末物理调研测试成绩的方差为112.
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14. 某市环卫局在A、B两个小区分别随机抽取6户,进行生活垃圾分类调
研工作,依据住户情况对近一周(7天)进行生活垃圾分类占用时间统计
如下:
住户编号 1 2 3 4 5 6
A小区
(分钟) 220 180 210 220 200 230
B小区
(分钟) 200 190 240 230 220 210
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(1)分别计算A、B两个小区每周进行生活垃圾分类所用时间的平均值和
方差;
解: = ×(220+180+210+220+200+230)=210(分钟),
= ×(200+190+240+230+220+210)=215(分钟),
= ×[(220-210)2+(180-210)2+(210-210)2+(220-210)
2+(200-210)2+(230-210)2]= ,
= ×[(200-215)2+(190-215)2+(240-215)2+(230-215)
2+(220-215)2+(210-215)2]= .
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(2)假设A小区有1 000户,为更好地进行生活垃圾分类,市环卫局与A
小区物业及住户协商,初步实施下列方案:
方案一:号召住户生活垃圾分类“从我做起”,为了利国利民,每200位
住户至少需要一名工作人员进行检查和纠错,每位工作人员的月工资按照
3 000元(按照28天计算标准)计算;
方案二:为了方便住户,住户只需要将垃圾堆放在垃圾点,物业让专职人
员进行生活垃圾分类,一位专职人员对生活垃圾分类的效果相当于4位普
通居民对生活垃圾分类的效果,每位专职人员(每天工作8小时)的月工
资按照4 000元(按照28天计算标准)计算.
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①若选择方案一,则每位住户每个月至少需要承担的生活垃圾分类费
是多少?
②若选择方案二,则每位住户每个月至少需要承担的生活垃圾分类费
是多少?
③试分析哪个方案的惠民力度大,更值得推广.
解:①A小区一个月至少需要1 000÷200=5位工作人员进行检查和
纠错,其费用是5×3 000=15 000(元),
每位住户每个月至少需要承担的生活垃圾分类费为 =15(元).
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②由(1)知,A小区平均每位住户每周需要210分钟进行生活垃圾分类,
则A小区全部住户一个月平均需要210×4×1 000=840 000(分钟)进行生
活垃圾分类,则A小区一个月至少需要专职人员 ≈16(位),
则每位住户每个月至少需要承担的生活垃圾分类费为 =64(元).
③按照每位住户每个月需要承担的生活垃圾分类费来说,选择方案一惠民
力度大,但需要住户平时做好生活垃圾分类事项;对于高档小区的居民,
可以选择方案二,这只是方便个别高收入住户.
综上,方案一的惠民力度大,更值得推广.
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THANKS
演示完毕 感谢观看