2017-2018学年高中数学第三章统计案例3.2独立性检验的基本思想及其初步应用检测(含解析)

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§3.2 独立性检验的基本思想及其初步应用§3.2 独立性检验的基本思想及其初步应用（1)【教学目标】1．知识与技能了解独立性检验的基本思想和初步应用,能对两个分类变量是否有关做出判断．2．过程与方法从具体问题中认识独立性检验的作用及必要性和独立性检验的方法，通过实例总结独立性检验问题的步骤．3．情感、态度、价值观学习用图形、数据来正确描述两个变量关系的方法，培养学生学习数学、应用数学的意识，加强与现实生活的联系.【预习任务】阅读课本91—94页，完成下列问题：1。

写出分类变量的概念并举例。

2．设两个分类变量为X 和Y,它们的取值分别为},{},{2121y y x x 、， 如何做出2× 2列联表。

3。

如何通过等高条形图直观分析两个分类变量间关系？4。

写出K 2的计算公式.5.如何由K 2的值作出统计结论？【自主检测】1. 与表格相比，能更直观地反映出相关数据总体状况的是( )A．列联表 B．散点图 C．残差 D．二维条形图2．假设有两个分类变量X和Y，它们的值域分别为{x1，x2｝和{y1，y2｝，其2×2列联表如下:对于以下数据，对同一样本能说明X与Y有关的可能性最大的一组为（）A．a=2，b=3，c=5，d=4 B．a=2，b=3，c=4,d=5C．a=5,b=4，c=3，d=2 D．a=5，b=3,c=4，d=2【组内互检】如何由K2的值作出统计结论§3。

3.2独立性检验的基本思想及其初步应用第三课时教学目标 知识与技能理解独立性检验的基本思想，会根据K 2的观测值的大小判断两个分类变量有关的可信度，培养学生的自主探究的学习能力，并能应用数学知识解决实际问题．过程与方法 通过主动探究、自主合作、相互交流，从具体实例中归纳出进行独立性检验的基本步骤，使学生充分体会知识的发现过程，并渗透统计的基本思想和方法．情感、态度与价值观使学生体会数学的理性与严谨，了解数学来源于实际，应用于实际的唯物主义思想，培养学生对新知识的科学态度，勇于探索和敢于创新的精神．重点难点教学重点：利用独立性检验的基本思想解决实际问题以及处理步骤； 教学难点：对独立性检验思想的理解．教学过程引入新课提出问题：在某医院，因为患心脏病而住院的665名男性病人中，有214人秃顶；而另外772名不是因为患心脏病而住院的男性病人中有175名秃顶．(1)利用图形判断秃顶与患心脏病是否有关系；(2)能否在犯错误的概率不超过0.01的前提下认为秃顶与患心脏病有关系？ 学生活动：小组合作完成．活动结果：根据题目所给的数据画出列联表：比较来说，秃顶的病人中患心脏病的比例大一些，可以在某种程度上认为“秃顶与患心脏病有关”．根据列联表中的数据，得到k ＝1 437×(214×597－175×451)2389×1 048×665×772≈16.373>6.635，因此，在犯错误的概率不超过0.01的前提下认为秃顶与患心脏病有关系．设计目的：以实际问题创建情境，引起学生的好奇，激发学习和探究知识的兴趣，从而也引起学生的无意注意，在不知不觉中进入教师设计的教学情境中，为本节课的学习做有利的准备．探究新知 提出问题：上述解法中，用到了等高条形图和独立性检验两种方法来判断“秃顶与患心脏病是否有关系”，试比较两种方法的关系和各自的特点．学生活动：学生先自由发言，大胆描述．学情预测：独立性检验能精确判断可靠程度，而等高条形图的优点是直观，但只可以粗略判断两个分类变量是否有关系，一般在通过图表判断后还需要用独立性检验来确认，这主要是因为列联表中的数据来源于样本数据，它们反映出来的这种相关性的特征能够在多大程度上代表总体，则需要用独立性检验来确认．提出问题：试总结独立性检验的基本步骤． 学生活动：思考总结，然后回答．活动结果：①根据数据画出列联表；②计算随机变量K 2的观测值；③与已知数据对照下结论．设计目的：比较判断分类变量相关性方法的优缺点，并在解决问题的基础上将独立性检验的具体步骤模式化．理解新知提出问题：你所得的结论在什么范围内有效？ 学生活动：学生先自由发言，教师逐步引导学生．学情预测：开始学生的回答可能不全面、不准确，但在其他学生的不断补充、纠正下，会趋于完善．活动结果：“样本只能代表相应总体”，这里的数据来自于医院的住院病人，因此题目中的结论能够很好地适用于住院的病人群体，而把这个结论推广到其他群体则可能会出现错误，除非有其他的证据表明可以进行这种推广．设计意图：让学生充分体会用样本估计总体的思想． 提出问题：两个分类变量X 和Y 的2×2列联表如下若令W ＝⎪⎪⎪⎪⎪⎪a a ＋b －c c ＋d ，试结合前面的学习，分析W 的大小与“X 与Y 有关系”的联系． 学生活动：分组讨论，通过协作交流来解决问题，教师进行适当的引导．学情预测：W 越大，越有利于结论“X 与Y 有关系”，它越小，越有利于结论“X 与Y 没有关系”．提出问题：类似于通过K 2的构造判断规则，我们也可以用W 构造一个判断“X 与Y 有关系”的规则，即当W 的观测值w>w 0时，就判断“X 与Y 有关系”；否则，判断“X 与Y 没有关系”．那么，在“X 与Y 没有关系”的前提下P(W≥w 0)＝0.01，且P(K 2≥k 0)＝0.01，可以通过k 0来确定w 0吗？学生活动：分组讨论，通过协作交流来解决问题，教师进行适当的引导．学情预测：由计算公式可得K 2＝W 2×n(a ＋b)(c ＋d)(a ＋c)(b ＋d)，其中n ＝a ＋b ＋c ＋d.因此，K 2≥k 0等价于W≥k 0×(a ＋c)(b ＋d)n(a ＋b)(c ＋d)，即可取w 0＝k 0×(a ＋c)(b ＋d)n(a ＋b)(c ＋d).设计目的：通过一组精心设计的问题链来引导和激发学生的参与意识、创新意识，培养探究问题的能力，提升思维的层次．在解决问题的过程中，激发学生的研究兴趣，培养学生的科学理性精神，体会交流、合作和竞争等现代意识．运用新知1为考察高中生的性别与是否喜欢数学课程之间的关系，在某城市的某校高中生中随机抽取300由表中数据计算得到K的观察值k≈4.513.在多大程度上可以认为高中生的性别与数学课程之间是否有关系？分析：根据K2的观察值k≈4.513，对照数据确定多大程度上可以认为高中生的性别与数学课程之间是否有关系．由上表可知k≈4.513>3.841，而P(K≥3.841)≈0.05，故在犯错误的概率不超过0.05的前提下认为“高中生的性别与数学课程之间有关系”．点评：在熟练掌握了两个分类变量的独立性检验方法之后，可直接计算K2的观测值解决实际问题，而没有必要画相应的图形，但是图形的直观性也不可忽视．【变练演编】2某市为调查全市高中生学习状况是否对生理健康有影响，随机进行调查并得到如下的列联表.案．活动设计：学生先独立探索，允许互相交流成果．然后全班交流．学情预测：等高条形图、独立性检验等.设计意图：设置本开放性问题，意在增加问题的多样性、有趣性、探索性，不仅会加深学生对数学的理解、掌握，而且会潜移默化地学会编题、解题．课堂小结1．知识收获：独立性检验的思想方法及一般步骤；2．方法收获：独立性检验的思想方法；3．思维收获：数学来源于生活．设计意图：让学生自己小结，这是一个多维整合的过程，是一个高层次的自我认识过程．补充练习【基础练习】1．在研究某种新药对猪白痢的防治效果问题时，得到以下数据：2．在一次恶劣气候的飞行航程中，调查男女乘客在机上晕机的情况如下表所示，据此资料，在犯错误的概率不超过0.1的前提下，你是否认为在恶劣气候飞行中男性比女性更容易晕机？答案：1.提示：K 20.01的前提下认为新措施对防治猪白痢有效．2．提示：K 2的观测值k≈2.149＜2.706，而P(K 2>2.706)≈0.10，故在犯错误的概率不超过0.1的前提下，我们不能认为在恶劣气候飞行中男性比女性更容易晕机．【拓展练习】3．考察黄烟经过培养液处理与否跟发生青花病的关系，调查了457株黄烟，得到下表中的数据，请根据数据作统计分析.解：根据公式得K 2的观测值k ＝457×(25×142－80×210)235×222×105×352≈41.61，由于41.61＞10.828，故在犯错误的概率不超过0.001的前提下，说明黄烟经过培养液处理与否跟发生青花病是有关系的．设计说明 本设计主要采用“诱思探究教学法”，其核心是“诱导思维，探索研究”，其教学思想是“教师为主导，学生为主体，训练为主线，思维为主攻”的“四为主”原则．教师不是抛售现成的结论，而是充分暴露学生的思维，展示“发现”的过程，突出“师生互动”的教学，这种设计充分体现了教师的主导作用．学生在一系列的思考、探究中逐步完成了本节的学习任务，充分实现了学生的主体性地位，在整个教学过程中，始终着眼于培养学生的思维能力，这种设计符合现代教学观和学习观的精神，体现了素质教育的要求：教与学有机结合而对立统一．良好的教学设想，必须通过教学实践来体现，教师必须善于驾驭教法，指导学法，完成教学目标，从而使学生愉快地、顺利地、认真地、科学地接受知识．备课资料独立性检验在实际生活中有广泛的应用，解决该类问题的关键是准确的运算． 例1为了研究色盲与性别的关系，调查了1 000人，调查结果如下表所示：根据上述数据，试问在犯错概率不超过0.001的前提下，色盲与性别是否是相互独立的？假设色盲与性别是相互独立的，即色盲与性别无关，依据公式得K2的观测值k＝1 000×(442×6－38×514)2≈27.139.956×44×480×520由于27.139＞10.828，∴在犯错概率不超过0.001的前提下，可认为色盲与性别有关，从而拒绝原假设，故在犯错概率不超过0.01的前提下，可以认为色盲与性别不是相互独立的．。

3。

2独立性检验的基本思想及其初步应用庖丁巧解牛知识·巧学一、两个分类变量之间关系的定性分析1.分类变量取不同的“值"表示个体所属不同类别的分量称为分类变量.这里的“变量”和值都应作为“广义"的变量和值进行理解.例如：对于性别变量，其取值为男和女两种。

那么这里的变量指的是性别，同样这里的“值”指的是“男"和“女"，因此,这里所说的“变量”和值不一定取的是具体的数值.要点提示注意此处空半格分类变量是大量存在的,例如:吸烟变量有吸烟与不吸烟两种类别，而国籍变量则有多种类别。

2.定性分析的方法（1)频率分析通过对样本的每个分类变量的不同类别的事件发生的频率大小比较来分析分类变量之间是否有关联关系。

通常通过列联表列出两个分类变量的占少数表来进行分析.（2)图形分析①三维柱形图.它可以清晰的看出各个频数的相对大小;②二维条形图.如本节引例中，可画叠在一起的二维条形图.浅色条高表示不患肺癌的人数，深色条高表示患肺癌的人数;③频率分布条形图:为了更清晰的表示引例的特征,我们可用等高条形图表示两种情况下患肺癌的比例.方法归纳 注意此处空半格三维柱形图和二维条形图能更直观地反映出相关数据的总体状况。

作三维柱形图时要注意选择恰当的视角,以使每个柱体都能被看到。

二、独立假设 1.2×2列联表上表称为2×2列联表.意思是问题要考虑调查的人的两种状态:是否吸烟，是否患肺癌.每种状态又分两种情况：吸烟,不吸烟以及患肺癌、未患肺癌。

表中排成两列的数据是调查得来的结果,希望根据这4个数据来检验上述两种状态是否有关.这一检验就称为2×2列联表的独立性检验。

2.独立性检验:利用随机变量K2=))()()(()(2d b c a d c b a bc ad n ++++-（其中ｎ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ为样本容量）来确定在多大程度上可以认为“两个分类变量有关系"的方法称为两个分类变量的独立性检验.要点提示 注意此处空半格上述表达式就是统计中重要的K 2统计量，用它的大小可以决定是否拒绝原来的统计假设H 1,如果算出的K 2值较大，就拒绝H 1，也就是拒绝事件“X 与Y 无关"，从而就认为它们是有关的了.深化升华 注意此处空半格独立性检验的基本思想类似于反证法.要确认“两个分类变量有关系”这一结论的可信程度，首先假设该结论不成立,即假设结论“两个分类变量没有关系”成立.在该假设下构造的随机变量K 2应该很小。

3.2 独立性检验的 基本思想及初步应用
（第1课时）
有人说：吸烟有害 健康!吸烟会引发肺癌.
另一些人说：吸烟 不影响健康.理由是， 有的吸烟老人却很长寿。
那么吸烟是否对患 肺癌有影响？
1.(1)理解独立性检验的基本思想及实施步骤． (2)会从列联表(只要求2×2列联表)、等高条形图直观分析 两个分类变量是否有关． (3)会用K2公式判断两个分类变量在某种可信程度上的相关 性． 2.(1)通过本节课的学习，感受数学与现实生活的联系，体 会独立性检验的基本思想在解决日常生活问题中的作用． (2)培养学生运用数学知识作出合理猜测，理性论证的思考 习惯．
假设H0 等价于P(AB)= P(A)P(B)
不吸烟 吸烟 总计
吸烟与肺癌列联表
不患肺癌
患肺癌+c
b+d
总计 a+b c+d a+b+c+d
P(A)=
a
+ n
b
,P(B)=
a
+ n
c
,P(AB)=
a n
其中n = a + b + c + d
在H
0
成
立
的
条
件
下
应
该
有a：≈ n
a
+ n
b
×
a
相应的等高条形图如图所示.比较来说,可以在 某种程度上认为" 秃顶与患心脏病有关".
例2.为考察高中生性别与是否喜欢数学课程之间的关系, 在某城市的某校高中生中随机抽取300名学生,得到如下 列联表:
性别与喜欢数学课程列联表
喜欢数学课程 不喜欢数学课程 总计