最新人教版高中数学必修3第二章统计
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“统计”……周计划.下面通过以下几点对本章内容作一简要说明.1.与旧知识的联系.这一章是在初中“统计初步”和高中“概率”的基础上学习的.它所介绍的抽样方法不仅在内容上比初中更为系统和详细,而且运用了刚刚学过的概率知识和观念来表述和解释抽样的有关问题,这样就可以使同学们对抽样问题的理解更加深入.2.内容编排.本章共分4小节.由于抽样是运用统计方法解决问题的第一步,所以第1小节介绍了抽样方法.第2小节与第3小节从两个侧面介绍用样本估计总体的问题,前者介绍如何对总体的分布进行估计,后者介绍如何对总体的特征数进行估计.第4小节是实习作业,它通过综合运用前面知识解决一个简单的实际问题,使同学们初步体会统计知识的实用价值,并使大家的应用能力和动手能力得到锻炼. 3.重点难点.简单随机抽样和用样本的某种特征去估计总体的相应特征,在本章中既是重点又是难点.4.注意事项.本章内容总的来看,所介绍的仍属于统计中的一些极其初步的知识,同学们在学习中应重其所重,轻其所轻,对有关理论不要追根寻底,把握好学习的深浅度.5.学习要求.通过本周的学习大家应达到以下要求:①会用简单随机抽样、系统抽样、分层抽样等常用的抽样方法从总体中抽取样本;②③会用样本频率分布去估计总体分布;④了解累积频率分布的意义,会根据样本的频率分布求得其累积频率分布;⑤通过生产过程中的质量控制图了解假设检验的基本思想.[重点分析和讲解]一、抽样方法1.简单随机抽样(1)概念:一般地,设一个总体的个体数为N,如果通过逐个抽取的方法从中抽取一个样本,且每次抽取时各个个体被抽到的概率相等.就称这样的抽样为简单随机抽样.(2)具体实施方法:①抽签法先将总体中的所有个体编号,并把号码写在大小形状相同的号签上,然后将这些号签放在同一个箱子里,进行均匀搅拌,抽签时,每次从中抽出1个号签,连续抽取n次,就得到一个容量为n的样本.②随机数表法利用随机数表来抽取样本的方法称为随机数表法.(ⅰ)随机数表:若一数表满足下列性质:(a)表中共随机出现0,1,2,……,9这十个数字;(b)表中每个位置上出现各个数字的概率都是相等的,则称此表为随机数表.表中各位置上的数(字)称为随机随机数(字).(ⅱ)随机数表法抽样的步骤从开始数字算起,向左或右、或上或下等方向读取数字,从而获得样本号码(在这应注意,样本号码不应超过总体中的个体号码,否则舍去;样本号码不得重复,否则舍去,直到选够号码).(3)注意事项在简单随机抽样中,不但每次从总体中抽取一个个体时,各个个体被抽取的概率相等,而且在整个抽样过程中,各个个体被抽取的概率也相等(可以证明,如果用简单随机抽样2.系统抽样(1)概念:当总体中的个体数较多时,可将总体成分成均衡的几部分,然后按照预先给定的规则,从每一部分抽取1个个体,得到所需要的样本,这种抽样方法叫做系统抽样.(2)步骤:第一步:采用随机的方式将总体中的个体编号.第三步:从第一段中用简单随机抽样确定超始的个体编号L第四步:按照事先的规则从各段内各抽取一个个体,从而获得整个样本.3.分层抽样(1)概念:当已知总体由差异明显的几部分组成时,为了使样本能更充分地反映总体的情况,将总体分成几部分,然后按照各部分所占的比例进行抽样,这种抽样叫做分层抽样.其中所分成的各部分叫做层.(2)步骤:第一步:先确定各层及需抽取的个体数(按比例).第二步:在各层中采用简单随机抽样或系统抽样的方法抽取所需的个体.第三步:将各层抽取的个体合在一起,就得到所要抽取的样本. 4.三种抽样方法的联系与区别在三种抽样方法中,简单随机抽样是最简单、最基本的抽样方法,其他两种方法都是建立在它的基础上的;三种抽样方法的共同点是,它们都是等概率抽样,体现了抽样的公平性,三种方法各有其特点和适用范围,在抽样实践中要根据具体情况选用相应的抽样方法.二、总体分布的估计(一)总体分布的估计通常,我们不易知道一个总体的分布情况,在实践中,往往是从总体中抽取一个样本,用样本的频率分布去估计总体分布.1.当总体中的个体所取的不同数值较少时,总体的频率分布表可由所取样本的不同数值及相应的频率来表示,其几何表示为相应的条形图.2.当总体中的个体所取数值较多,甚至无限时,对其频率分布的研究,要用到初中学过的整理数据的知识,得出其频率分布的步骤如下:(1)计算样本数据中最大值与最小值的差;(2)决定组距与组数;(3)决定分点:使分点比数据多一位小数,并且把第1小组的起点稍微减小一点.(4)列出频率分布表(5)画出频率分布直方图.3.总体分布与频率分布的关系.(二)累积频率分布1.累积频率:样本数据小于某一数值的频率.2.频率分布和累积频率分布,从不同角度反映了一组数据的分布情况,起着相互补充的作用.3.由于累积频率分布图是一条折线,利用它可以近似得到样本数据任意两端点值之间的频率(它等于这两个端点值的累积频率之差).在累积分布曲线上任意一点P(a , b)的纵坐标b表示总体取小于a 的值概率.(三)生产过程中的质量控制图1.正态总体①什么是正态总体是在连续型总体中,应用最为广泛的一种呈正态分布的总体.②正态总体的概率密度函数式中的μ、σ(σ>0)是参数,分别表示总体的平均数与标准差,正态总体常记作N(μ,σ).③正态总体概率密度函数的图象特征ⅰ)曲线在X轴上方,并且关于直线X=μ对称.ⅱ)曲线在X=μ时于最高点,由这一点向左、右两边延伸时,曲线逐渐降低.ⅲ)曲线的对称轴位置由μ确定,曲线的形状由σ确定.总体分布为标准正态分布.2.小概率事件①什么是小概率事件通常指发生的概率小于5%的事件②小概率事件在一次试验中几乎不可能发生.3.假设检验①基本思想:根据小概率事件在一次试验中几乎不可能发生的原性和从总体中抽测的个体的数值,对事先所作的统计假设作出判断:②假设检验的步骤;ⅰ)提出统计假设ⅱ)确定一次试验中的取值a是否落入范围(μ-3σ,μ+3σ)ⅲ)作出推断三、总体特征数的估计对于总体情况的估计,除用样本的频率分布估计,还需用样本的一些特征数来估计.1.平均数对于总体的平均水平,可用总体平均数来反映,而总体的平均数μ,可用样本平均数估计.2.方差对于总体中数据的波动情况,可用总体方差σ2来反映,而总体方差σ2可用样本方差另外,还可用样本的偏估方差3.标准差对于总体标准差,也可用[典型应用]例1 采用简单随机抽样从含有6个个体的总体中抽取一个容量为3的样本,个体a前两次未被抽到,第三次被抽到的概率是多少?分析此题可视为分步抽取问题也可视为一个定位排列问题,所以可用两种方法来解.解法2 事件“a前两次未被抽到而第三次被抽到”包含的结果:从6个元素中选出例2 某校高中三年级的195名学生已编号为1 ,2 ,3 , (195)为了了解学生的某种情况,要按1:5的比例抽取一个样本.用系统抽样方法进行抽取,并写出过程.解由题意知学生已编号,下面先将整体进行分段.因为按1:5的比例抽取样本,所在第一段用简单随机抽样确定起始的个体编号L,再加上间隔5,依次得到各段的抽取号,所以抽取的样本号依次为:L,L+5,L+10,… ,L+190.例3 一个单位有职工160人,其中业务人员120人,管理人员16人,后勤服务人员24人.为了了解职工的某种情况,要从中抽取一个容量为20的样本.用分层抽样方法抽取样本,并写出过程.解由题意有:样本容量与总体的个数的比为20:160=1:8接下来用系统抽样方法分别抽取业务人员15人,管理人员2人,后勤人员3人,从而获得容量为20的样本.例4 举例说明三种常用抽样方法中,无论使用哪一种抽样方法,总体的每个个体被抽到的概率都相等.解:在100个零件中,一级品20个,二级品30个,三级品50个,从中抽取一个容量为20的样本,下面分别用三种抽样方法来计算总体中每个个体被抽取的概率.(2)系统抽样法:将100个零件分成20组,每组5个零件,每组取出1个,显然例5.为检测某种产品的质量,抽取了一个容量为30的样本,检测结果为一级品5件,二级品8件,三级品13件,次品4件.(1)列出样本的频率分布表;(2)画出表示样本频率分布的条形图;(3)根据上述结果,估计此种产品为二级品或三级品的概率约是多少?解:(1)样本频率分布表:(2)条形图:(3)此产品为二级品或三级品的概率为:0.27+0.43=0.7 例6.某产品规定尺寸的偏差统计如下表:(1)完成上面的频率分布表;(2)根据上表,画出频率分布直方图和累积频率分布图;(3)根据上面的表和图,估计数据落在[10.95,11.35)范围内的概率约是多少?数据小于11.20的概率约是多少?解:(1)频率分布表:(2)频率分布直方图:累积频率分布图:(3)数据落在[10.95,11.35)范围的频率为0.13+0.16+0.26+0.20=0.75,故落在[10.95,11.35)的概率约为0.75;由累积频率分布图可知数据小于11.20的频率约为0.54,因此数据小于11.20的概率约为0.54.例7.假设某自动车床生产的弹簧的自由长度ξ服从N(1.5,0.022),且已知P(|ξ<1.5|<3×0.02)=99.7%,质检员抽检的5件弹簧的自由长度为1.47,1.53,1.49,1.57,1.41,据此可判定生产情况是否正常?(本题类型是否要求请注意新教材及考试说明要求)解:在假设自由长度ξ服从N(1.5,0.022)的前提下,ξ的值落在(1.5-3×0.02,1.5+3×0.02)以内的概率为99.7%,则ξ在(1.5-3×0.02,1.5+3×0.02)以外取值的概率只有0.3%,这是一个小概率事件,因此在一次试验中ξ的值落在(1.5-3×0.02,1.5+3×0.02)以外是几乎不可能发生的,如这种事件发生,即ξ的值满足|ξ-1.5|≥3×0.02,这时我们就有理由认为生产过程出现了异常情况.区间(1.5-3×0.02,1.5+3×0.02)即区间(1.44,1.56),∵ξ的值1.41∈(1.44,1.56),故小概率事件发生,故可判定生产情况异常.例8.从总体x中抽取一容量为7的样本,其样本值为(88,85,93,93,64,71,77),分别例9.为了了解高三年级一、二班的数学学习情况,从两个班各抽出10名学生进行数学水平测试,成绩如下(单位:分)一班:76 90 84 86 81 87 86 82 85 83二班:82 83 85 89 79 80 91 88 79 74比较两组数据的方差,并估计一、二两个班哪个班的数学成绩比较整齐分析:此题应先利用公式求方差,由方差反映两个班数学成绩的波动情况由S12<S22表明,从高三年级一班抽取的10名学生的数学成绩比二班的10名学生的数学成绩波动小,从而估计出一班学生数学成绩比二班的数学成绩整齐.例10.某贫困山区居民家庭收入可认为服从正态分布,调查10户,得各户的人均收出(单位:元/户):97.89,102.14,143.20,151.30,103.43,88.90,144.20,120.34,123.50,131.64.试以95%以上的可靠性估计该地区居民家庭人均收入平均值的所在范围.解:在正态总体中,μ为总体平均数,σ为总体标准差,在这里可以用样本来估计总体.总体的标准差σ可以用S*来估计=7.815由于正态分布在(μ-2σ,μ+2σ)内取值概率为95.4%,故以(120.65-2×7.815,120.65+2×7.815)=(105.02,136.28)来估计该地区居民人均收入的范围,可靠性在95%以上.[练习题]A题一、选择题:1.简单随机抽样、系统抽样、分层抽样之间的共同点是()(A)都是从总体中逐个抽取(B)将总体分成几部分,按事先确定的规则在各部分抽取(C)抽样过程中每个个体被抽到的概率相等(D)将总体分成几层,然后分层按比例抽取2.简单随机抽样中,某个个体被抽到的可能性是()(A)与第n次抽样有关,第一次抽到的可能性小(B)与第n次抽样无关,每次抽中的可能性相等(C)与第n次抽样有关,最后一次抽中的可能性大(D)与第n次抽样无关,每次都是等可能的概率,但各次抽取的可能性不一样(A)简单随机抽象(B)系统抽样(C)分层抽样(D)分类抽样二、填空题:4.为了了解某地参加计算机水平测试的5008名学生的成绩,从中抽取了200名学生的成绩进行统计分析,运用系统抽样方法抽取样本时,每组的容量为__________.5.观察新生婴儿的体重,其频率分布的直方图如图所示,则新生婴儿体重在[2700,3000)的频率为________.6.某种电池使用寿命的累积频率分布曲线如右图所示,则该种电池使用寿命在[10,15)的概率为________________.7.下列一组数据的标准差为_______________.(9.9,10.3,9.7,10.1,10.4,10.1,9.8,9.7)8.从甲、乙两种棉花苗中各抽10株,测得它们的株高分别如下(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估计两种棉花苗总体的长势,_____种棉花的苗长得高一些.B组一、选择题:1.某人从湖中打了一网鱼,共m条.做上记号再放入湖中,数日后又打了一网鱼共n条,其中k条有记号,估计湖中有鱼()条.2.在抽查汽车排放尾气的合格率,某环保局在一路口随机抽查,这种抽查是()(A)简单随机抽样(B)系统抽样(C)分层抽样(D)有放回抽样3.将容量为100的样本数据,按由小到大排列分成8个组如表第3组的频率和累积频率为:4.某中学高考数学成绩近似地服从正态分布N(100,10),则此校数学成绩在120分以上的考生占总人数的百分比为()(A)10% (B)23% (C)2.3% (D)以上均不对二、填空题5.公共汽车门的高度是按照保证成年男子与车门顶部碰头的概率在1%以下设计的,如果某地成年男子的身高η~N(175,6)(单位:cm),则车门应设计为 _____高.6.设有一个样本x1,x2,…,x n,其标准差为S x,另有一个样本y1,y2,…,y n,其中y k=3x k+5(k=1,2,…,n),其标准差为S y.则S x与S y的关系式是____________.三、解答题:7.在自动精密旋床的加工过程中,任抽取200个轴,测得轴的直径与规定尺寸偏差统计如下表:(1)完成表格(2)画出频率分布直方图和累积频率分布图(3)求出偏差在(-10,5]之间的概率8.某农场为了从三种不同的西红柿品种中选取高产稳定的西红柿品种,分别是在5块试验田上试种,每块试验田均为0.5公顷,产量情况如下:问:哪一品种的西红柿既高产又稳定?[练习题答案及提示]A组一、选择题1.C 2.B 3.C二、填空题4.25 5.0.3 6.0.25 7.0.71 8.乙B组1.B 2.D 3.A4.C(提示:设ξ表示此中学数学高考成绩,依题意P(ξ>120)即为所求.二、填空题:5.183cm.(提示:设公共汽车门设计为xcm高,由题意P(η≥x)<1%,∵η~N(175,6.S y=3S x7.解(3)由上表可知,偏差在(-10,15]之间的概率为P(-10<ξ≤15)=P(ξ≤15)-P(ξ≤-10)=0.865-0.165=0.7因此第一个西红柿品种既高产又稳定.。