2019-2020学年高中数学新同步苏教版必修3学案:第2章2.3总体特征数的估计word版含解析

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名称 2019-2020学年高中数学新同步苏教版必修3学案:第2章2.3总体特征数的估计word版含解析
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资源类型 教案
版本资源 苏教版
科目 数学
更新时间 2020-04-12 10:51:45

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文档简介

2.3 总体特征数的估计
学 习 目 标
核 心 素 养
1.通过实例理解样本的数字特征,如平均数、方差、标准差.
2.会计算所给样本的平均数、方差、标准差.(重点)
3.能根据实际问题的需要合理地选取样本,从样本数据中提取基本的数字特征,并作出合理的解释.(难点)
1.通过求平均数、方差、标准差,提高学生的数学运算核心素养.
2.通过对平均数、方差、标准差的分析比较来解决问题,培养学生的数据分析核心素养.
1.众数
一组数据中重复出现次数最多的数称为这组数的众数.
2.中位数
把一组数据按从小到大的顺序排列,把处于中间位置的那个数称为这组数据的中位数.当数据个数为奇数时,中位数是按从小到大的顺序排列的中间的那个数.当数据个数为偶数时,中位数是按从小到大的顺序排列的最中间两个数的平均数.
3.平均数
(1)若给定一组数据a1,a2,…,an,则称a=i=为这n个数据的平均数或均值.
(2)若一组数据中取值为a1,a2,…,an的频率分别为p1,p2,…,pn,则其平均数为a1p1+a2p2+…+anpn.
4.方差与标准差
一般地,设样本数据分别是x1,x2,…,xn,样本的平均数为,则称s2=[(x1-)2+(x2-)2+…+(xn-)2]为这个样本的方差,其算术平方根s=为样本的标准差,分别简称样本方差、样本标准差.
5.极差
一组数据的最大值与最小值的差称为极差.
1.下面是高一(8)班十位同学的数学测试成绩:82,91,73,84,98,99, 101,118,98,110,则该组数据的中位数是________.
98 [将这组数据从小到大排列为73,82,84,91,98,98,99, 101,110,118,则最中间的两个数为98,98,故中位数为98.]
2.在一段时间里,一个学生记录了其中10天他每天完成家庭作业所需要的时间(单位:分钟),结果如下:
80,70,70,70,60,60,80,60,60,70.
在这段时间里,该学生平均每天完成家庭作业所需时间是________分钟.
68 [平均每天所需时间为=68.]
3.某老师从星期一到星期五收到的信息数分别为10,6,8,5,6,则该组数据的方差s2=________.
3.2 [5个数据的平均数
==7.
所以s2=[(10-7)2+(6-7)2+(8-7)2+(5-7)2+(6-7)2]=3.2.]
4.已知一个样本中的数据为1,2,3,4,5,则该样本的标准差为________.
 [平均数=(1+2+3+4+5)=3,所以s=
=.]
平均数、众数、中位数
【例1】 (1)一个球队所有队员的身高如下(单位:cm):
178,178,182,182,178,180,178,180,181,180,181,180,180,182.则这个球队的队员平均身高是________cm(精确到1 cm).
(2)有容量为100的样本,数据分组及各组的频数、频率如下:
[12.5,14.5),6,0.06;[14.5,16.5),16,0.16;[16.5,18.5),18,0.18;[18.5,20.5),22,0.22;[20.5,22.5),20,0.20;[22.5,24.5),10,0.10;[24.5,26.5],8,0.08.
则该样本数据的平均数为________.
(1)180 (2)19.42 [(1)法一:利用平均数的定义计算:
平均身高=(178+178+182+182+178+180+178+180+181+180+181+180+180+182)=×2 520=180(cm).
法二:利用加权平均数公式计算:
平均身高=(178×4+182×3+180×5+181×2)=×2 520=180(cm).
法三:利用新数据法进行计算:
取a=180,将各数据同时减去180,得到一组新数据:
-2,-2,2,2,-2,0,-2,0,1,0,1,0,0,2.
这组新数据的平均数为′=(-2×4+2×3+0×5+1×2)=0,所以平均身高=a+′=180+0=180(cm).
(2)利用频率平均数公式计算:
样本数据平均数=13.5×0.06+15.5×0.16+17.5×0.18+19.5×0.22+21.5×0.20+23.5×0.10+25.5×0.08=19.42.]
1.一般情况下,要计算一组数据的平均数,可使用平均数公式=(x1+x2+…+xn)来计算.
2.如果x1,x2,…,xn的平均数为,那么mx1+a,mx2+a,…,mxn+a的平均数是m+A.
当数据较大,且大部分数据在某一常数左右波动时,本例中“法三”可以减少运算量,故此法比较简便.
3.一般地,如果在n个数中,x1出现的频数为f1,x2出现的频数为f2,…,xk出现的频数为fk(其中f1+f2+…+fk=n),那么=(x1f1+x2f2+…+xkfk)=ifi叫做这n个数的频数平均数,也称加权平均数,其中f1,f2,…,fk叫做权.
4.一般地,若取值为x1,x2,…,xn的频率分别为p1,p2,…,pn,那么其平均数为=x1p1+x2p2+…+xnpn.如本例(2)中求平均数方法.
提醒:当条件给出某几个范围内的数据的频率或频数时,可用组中值求平均数.
1.某商场买来一车苹果,从中随机抽取了10个苹果,其重量(单位:克)分别为150,152,153,149,148,146,151,150,152,147,由此估计这车苹果单个重量的平均值是________.
149.8克 [平均数为

=149.8(克).]
2.将一组数据同时减去3.1,得到一组新数据,若原数据的平均数为,则新数据的平均数是________.
-3.1 [设原来数据为a1,a2,…,an,则a1+a2+…+an=n,从而新数据的平均数为
==-3.1.]
极差、方差与标准差
【例2】 求一组数据7,6,8,8,5,9,7,7,6,7的:
(1)极差;(2)方差;(3)标准差.
[解] (1)该组数据中最大值为9,最小值为5,故该组数据的极差为9-5=4.
(2)求方差可以有三种方法:
法一:因为=(7×4+6×2+8×2+5+9)=7,
所以s2=×[(7-7)2+(6-7)2+…+(7-7)2]=1.2,
法二:同“法一”,求得=7,
所以s2=[(72+62+82+…+72)-10×72]=1.2,
法三:将各数据减去7,得一组新数据:0,-1,1,1,-2,2,0,0,-1,0,则′=0,所以=′+7=7.
所以s2=[02+(-1)2+12+…+02]-10×02=1.2.
(3)由(2)知,标准差s===.
1.极差是数据的最大值与最小值的差,它反映了一组数据变化的最大幅度,它对一组数据中的极端值非常敏感.
2.方差的计算
(1)s2=[(x1-)2+(x2-)2+…+(xn-)2];
(2)s2=(x+x+…+x-n2);
(3)s2=(x+x+…+x)-2.
3.方差的性质
(1)数据x1,x2,…,xn与数据x1+a,x2+a,…,xn+a的方差相等.
(2)若数据x1,x2,…,xn的方差为s2,则数据ax1+b,ax2+b,…,axn+b的方差为a2s2(a,b∈R).
(3)标准差、方差的范围为[0,+∞).
4.标准差的计算
方差的算术平方根即标准差,要求标准差先求出方差,再开方取其算术平方根即可.
提醒:方差、标准差的单位不一致要注意区别.
3.若一组样本数据2,3,7,8,a的平均数为5,则该组数据的标准差s=________.
 [由平均数为5,得a=5×5-(2+3+7+8)=5,则s2=(32+22+22+32+02)=,s==.]
4.已知样本x1,x2,x3,x4,x5的方差为3,则样本4x1+1,4x2+1,4x3+1,4x4+1,4x5+1的标准差是________.
4 [根据方差的性质知
4x1+1,4x2+1,4x3+1,4x4+1,4x5+1的方差为42×3=48.
所以其标准差为=4.]
平均数、方差与标准差的应用
【例3】 某校拟派一名跳高运动员参加一项校际比赛,对甲、乙两名跳高运动员进行了8次选拔比赛,他们的成绩(单位:m)如下:
甲:1.70,1.65,1.68,1.69,1.72,1.73,1.68,1.67;
乙:1.60,1.73,1.72,1.61,1.62,1.71,1.70,1.75.
经预测,成绩超过1.65 m就很有可能获得冠军,该校为了获取冠军,可能选哪位选手参赛?若预测成绩超过了1.70 m方可获得冠军呢?
思路点拨:
[解] 甲的平均成绩和方差:
甲=×(1.70+1.65+…+1.67)=1.69,s=×[(1.70-1.69)2+(1.65-1.69)2+…+(1.67-1.69)2]=0.000 6.
乙的平均成绩和方差:
乙=×(1.60+1.73+…+1.75)=1.68,s=×[(1.60-1.68)2+(1.73-1.68)2+…+(1.75-1.68)2]=0.003 15.
显然,甲的平均成绩高于乙的平均成绩,而且甲的方差小于乙的方差,说明甲的成绩比乙稳定,由于甲的平均成绩高于乙,且成绩稳定,所以若成绩超过1.65 m就很可能获得冠军,应派甲参赛.在这8次选拔比赛中乙有5次成绩在1.70 m以上,虽然乙的平均成绩不如甲,成绩的稳定性也不如甲,但当成绩超过1.70 m方可获得冠军时,应派乙参加比赛.
在实际问题中,仅靠平均数不能完全反映问题,还要研究其偏离平均值的离散程度(方差或标准差),方差(标准差)越大,说明取值分散性越大,方差(标准差)越小,说明取值分散性越小,取值比较集中、稳定.
5.假定以下数据是甲、乙两个供货商的交货天数:
甲:10,9,10,10,11,11,9,11,10,10;
乙:8,10,14,7,10,11,10,8,15,12.
根据以上数据估计两个供货商的交货情况:哪个供货商交货时间短一些?哪个供货商是比较具有一致性与可靠性的供货商?
思路点拨:先分别计算出甲、乙两组数据的平均数及方差,再作判断.
[解] 甲=(10+9+…+10)=10.1,s=(102+92+…+102)-10.12=0.49;乙=(8+10+…+12)=10.5,s=(82+102+…+122)-10.52=6.05>s.
从交货天数的平均值来看,甲供货商的交货时间短一些;从方差来看,甲供货商的交货时间较稳定.因此甲供货商是比较具有一致性与可靠性的供货商.
6.从甲、乙两种玉米中各抽10株,分别测得它们的株高如下(单位:cm):
甲:25,41,40,37,22,14,19,39,21,42;
乙:27,16,44,27,44,16,40,40,16,40.
问:(1)哪种玉米的苗长得高?
(2)哪种玉米的苗长得齐?
思路点拨:看哪种玉米的苗长得高,只要比较甲、乙两种玉米的平均高度即可;要比较哪种玉米的苗长得齐,只要看两种玉米高的方差即可,因为方差是体现一组数据波动大小的特征数.
[解] (1)甲=(25+41+40+37+22+14+19+39+21+42)=30(cm),
乙=(27+16+44+27+44+16+40+40+16+40)=31(cm),
因为甲<乙.故乙种玉米苗长得高.
(2)s=[(25-30)2+(41-30)2+(40-30)2+(37-30)2+(22-30)2+(14-30)2+(19-30)2+(39-30)2+(21-30)2+(42-30)2]=104.2(cm2).
s=[(27-31)2+(16-31)2+(44-31)2+(27-31)2+(44-31)2+(16-31)2+(40-31)2+(40-31)2+(16-31)2+(40-31)2]=128.8(cm2).
因为s所以甲种玉米的苗长得齐.
1.本节课的重点是会求样本的众数、中位数、平均数、标准差、方差,难点是理解用样本的数字特征来估计总体数字特征的方法.
2.本节课要掌握以下几类问题
(1)当平均数大于中位数时,说明数据中存在较大的极端值;反之,说明数据中存在较小的极端值.
(2)标准差、方差描述了一组数据围绕平均数波动的大小.标准差、方差越大,数据的离散程度越大;标准差、方差越小,数据的离散程度越小.
1.已知1,2,3,4,x1,x2,x3的平均数是8,那么x1+x2+x3的值是(  )
A.56    B.48   
C.46    D.24
C [由条件知,1+2+3+4+x1+x2+x3=8×7,
所以x1+x2+x3=46.]
2.某学员在一次射击测试中射靶10次,命中环数如下:7,8,7,9,5,4,9,10,7,4.
则:(1)平均命中环数为________;
(2)命中环数的标准差为________.
(1)7 (2)2 [(1)=(7+8+7+9+5+4+9+10+7+4)=7.
(2)s2=[(7-7)2+(8-7)2+(7-7)2+(9-7)2+(5-7)2+(4-7)2+(9-7)2+(10-7)2+(7-7)2+(4-7)2]=4,所以s===2.]
3.已知一个样本为1,3,2,5,x,它的平均数是3,则这个样本的标准差是________.
 [==3,
∴x=4.
由方差公式有:
s2=[(1-3)2+(3-3)2+(2-3)2+(5-3)2+(4-3)2]=2,
∴s=.]
4.有两位射击运动员在一起射击,测试中各射靶10次,每次命中的环数如下:
甲:8,7,9,7,5,4,10,9,7,4;
乙:5,9,8,7,7,6,6,8,7,7.
如果这是一次选拔性考核,应当选择谁?
思路点拨:平均数反映总体的平均水平,而方差反映了总体的稳定程度,我们可用平均数与方差从不同的方面估计总体.
[解] 甲=(8+7+9+7+5+4+10+9+7+4)=7,
乙=(5+9+8+7+7+6+6+8+7+7)=7.
s=[(8-7)2+(7-7)2+(9-7)2+(7-7)2+(5-7)2+(4-7)2+(10-7)2+(9-7)2+(7-7)2+(4-7)2]=4.
s=[(5-7)2+(9-7)2+(8-7)2+(7-7)2+(7-7)2+(6-7)2+(6-7)2+(8-7)2+(7-7)2+(7-7)2]=1.2.
由甲=乙知两个射击运动员的平均成绩是一样的.
由s>s知,甲的成绩不如乙的成绩稳定.
综合考虑,应选择乙.