1.2.2分层抽样与系统抽样教案(⾼中数学北师⼤版必修3)2.2 分层抽样与系统抽样[读教材·填要点]1.分层抽样的概念将总体按其属性特征分成若⼲类型(有时称作层),然后在每个类型中按照所占⽐例随机抽取⼀定的样本.这种抽样⽅法通常叫作分层抽样,有时也称为类型抽样.2.系统抽样的概念系统抽样是将总体的个体进⾏编号,按照简单随机抽样抽取第⼀个样本,然后按相同的间隔(称为抽样距)抽取其他样本.系统抽样⼜叫等距抽样或机械抽样.[⼩问题·⼤思维]1.分层抽样时为什么要将总体分成互不重叠的层?提⽰:在总体中由于个体之间存在着明显的差异,为了使抽取的样本更合理,更具有代表性,所以将总体分成互不重叠的层,⽽后独⽴地抽取⼀定数量的个体.2.系统抽样的第⼆步中,当N n不是整数时,从总体中剔除⼀些个体采⽤的⽅法是什么?影响系统抽样的公平性吗?提⽰:剔除⼀些个体可以⽤简单随机抽样抽取,不影响系统抽样的公平性.[研⼀题][例1] 某企业共有3 200名职⼯,其中青、中、⽼年职⼯的⽐例为3∶5∶2.若从所有职⼯中抽取⼀个容量为400的样本,则采⽤哪种抽样⽅法更合理?青、中、⽼年职⼯应分别抽取多少⼈?每⼈被抽到的可能性相同吗?[⾃主解答] 因为总体由差异明显的三部分(青、中、⽼年)组成,所以采⽤分层抽样的⽅法更合理.因为青、中、⽼年职⼯的⽐例是3∶5∶2,所以应分别抽取:青年职⼯400×310=120(⼈);中年职⼯400×510=200(⼈);⽼年职⼯400×210=80(⼈).由样本容量为400,总体容量为3 200可知,抽样⽐是4003 200=18,所以每⼈被抽到的可能性相同,均为18. [悟⼀法]分层抽样的步骤:(1)根据已经掌握的信息,将总体分成互不重叠的层;(2)根据总体中的个体数N 和样本容量n 计算抽样⽐ k =n N; (3)确定第i 层应该抽取的个体数⽬n i =N i ×k (N i 为第i 层所包含的个体数),使得各n i 之和为n ;(4)在各层中,按步骤(3)中确定的数⽬在各层中随机地抽取个体,合在⼀起得到容量为n 的样本.[通⼀类]1.某城市有210家百货商店,其中⼤型商店20家,中型商店40家,⼩型商店150家.为了掌握各商店的营业情况,计划抽取⼀个容量为21的样本,按照分层抽样⽅法抽取时,各种百货商店分别要抽取多少家?写出抽样过程.解:第⼀步:样本容量与总体容量的⽐为21210=110;第⼆步:确定各种商店要抽取的数⽬:⼤型商店:20×110=2(家),中型商店:40×110=4(家),⼩型商店:150×110=15(家);第三步:采⽤简单随机抽样在各层中分别抽取⼤型商店2家,中型商店4家,⼩型商店15家,综合每层抽样即得样本.[研⼀题][例2] 相关部门对某⾷品⼚⽣产的303盒⽉饼进⾏质量检验,需要从中抽取10盒,请⽤系统抽样法完成对此样本的抽取.[⾃主解答] 第⼀步将303盒⽉饼⽤随机的⽅式编号.第⼆步从总体中剔除3盒⽉饼,将剩下的300盒⽉饼重新编号(分别为000,001,…,299),并分成10段.第三步在第⼀段中⽤简单随机抽样抽取起始号码l .第四步将编号为l ,l +30,l +2×30,…,l +9×30的个体取出,组成样本.[悟⼀法]1.当总体容量能被样本容量整除时,分段间隔k =N n;当⽤系统抽样抽取样本时,通常是将起始数s 加上间隔k 得到第2个个体编号(s +k ),再加k 得到第3个个体编号(s +2k ),依次进⾏下去,直到获得整个样本.2.当总体容量不能被样本容量整除时,可以先从总体中随机剔除⼏个个体,但要注意的是剔除过程必须是随机的,也就是总体中的每个个体被剔除的机会均等,剔除⼏个个体后使总体中剩余的个体能被样本容量整除,然后再按系统抽样⽅法抽取样本.[通⼀类]2.为了了解某地区今年⾼⼀学⽣期末考试数学学科的成绩,拟从参加考试的15 000名学⽣的数学成绩中抽取容量为150的样本.请⽤系统抽样写出抽取过程.解析:(1)对全体学⽣的数学成绩进⾏编号:1,2,3,…,15 000.(2)分段:由于样本容量与总体容量的⽐是1∶100,所以我们将总体平均分为150个部分,其中每⼀部分包含100个个体.(3)在第⼀部分即1号到100号⽤简单随机抽样抽取⼀个号码,⽐如是56.(4)以56作为起始数,然后依次抽取156,256, 356,…,14 956,这样就得到容量为150的⼀个样本.[研⼀题][例3] 选择恰当的抽样⽅法,并写出抽样过程.(1)有30个篮球,其中,甲⼚⽣产的有21个,⼄⼚⽣产的有9个,现抽取10个作样品;(2)有甲⼚⽣产的30个篮球,其中⼀箱21个,另⼀箱9个,现取出3个作样品;(3)有甲⼚⽣产的300个篮球,抽取10个作样品;(4)有甲⼚⽣产的300个篮球,从中抽取30个作样品.[⾃主解答] (1)因总体是由差异明显的⼏部分构成,可采⽤分层抽样的⽅法抽取.第⼀步确定抽取个数.因为1030=13,所以甲⼚⽣产的应抽取21×13=7(个),⼄⼚⽣产的应抽取9×13=3(个);第⼆步⽤抽签法分别抽取甲⼚⽣产的篮球7个,⼄⼚⽣产的篮球3个.这些篮球便组成了我们要抽取的样本.(2)总体容量较⼩,⽤抽签法.第⼀步将30个篮球编号,编号为00,01, (29)第⼆步将以上30个编号分别写在⼀张⼩纸条上,揉成⼩球,制成号签;第三步把号签放⼊⼀个不透明的袋⼦中,充分搅匀;第四步从袋⼦中逐个抽取3个号签,并记录上⾯的号码;第五步找出与所得号码对应的篮球.(3)总体容量较⼤,样本容量较⼩,适宜⽤随机数法.第⼀步将300个篮球⽤随机⽅式编号,编号为001,002, (300)第⼆步在随机数表中随机的确定⼀个数作为开始,如第3⾏第5列的数“3”开始.任选⼀个⽅向作为读数⽅向,⽐如向右读;第三步从数“3”开始向右读,每次读三位,凡不在001~300中的数跳过去不读,遇到已经读过的数也跳过去不读,便可依次得到241,242,232,283,039,101,158,272,266,166这10个号码,这就是所要抽取的10个样本个体的号码.(4)总体容量较⼤,样本容量也较⼤,适宜⽤系统抽样法.第⼀步将300个篮球⽤随机⽅式编号,编号为000,001,002,…,299,并分成30段;第⼆步在第⼀段000,001,002,…,009这⼗个编号中⽤简单随机抽样抽出⼀个(如002)作为起始号码;第三步将编号为002,012,022,…,292的个体抽出,组成样本.[悟⼀法]1.三种抽样的适⽤范围不同,各⾃的特点也不同,但各种⽅法间⼜有密切联系.在应⽤时要根据实际情况选取合适的⽅法.2.三种抽样中每个个体被抽到的可能性都是相同的.[通⼀类]3.某社区有700户家庭,其中⾼收⼊家庭225户,中等收⼊家庭400户,低收⼊家庭75户.为了调查社会购买⼒的某项指标,要从中抽取⼀个容量为100户的样本,记作①;某中学⾼⼆年级有12名篮球运动员,要从中选出3⼈调查投篮命中率情况,记作②;从某⼚⽣产的802辆轿车中抽取40辆测试某项性能,记作③.为完成上述三项抽样,则应采取的抽样⽅法是()A.①简单随机抽样,②系统抽样,③分层抽样B.①分层抽样,②简单随机抽样,③系统抽样C.①简单随机抽样,②分层抽样,③系统抽样D.①分层抽样,②系统抽样,③简单随机抽样解析:对于①,总体由⾼收⼊家庭、中等收⼊家庭和低收⼊家庭差异明显的三部分组成,⽽所调查的指标与收⼊情况密切相关,所以应采⽤分层抽样;对于②,总体中的个体数较少,⽽且所调查内容对12名调查对象是平等的,应采⽤简单随机抽样;对于③,总体中的个体数较多,且个体之间差异不明显,样本中个体数也较多,应采⽤系统抽样.答案:B⼀个单位有职⼯160⼈,其中有业务⼈员112⼈,管理⼈员16⼈,后勤服务⼈员32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,试确定业务⼈员、管理⼈员、后勤服务⼈员各抽取的⼈数是多少?[解]法⼀:三部分所含个体数之⽐为112∶16∶32=7∶1∶2,设三部分各抽个体数为7x ,x,2x ,则由7x +x +2x =20得x =2.故业务⼈员、管理⼈员、后勤服务⼈员抽取的个体数分别为14,2和4.法⼆:由160÷20=8,所以可在各层⼈员中按8∶1的⽐例抽取,⼜因为112÷8=14,16÷8=2,32÷8=4,所以业务⼈员14⼈,管理⼈员2⼈,后勤服务⼈员4⼈.法三:因为共有职⼯160⼈,所抽取的⼈数为20,所以样本容量与总体容量之⽐为20160=18,则业务⼈员应抽取112×18=14⼈,管理⼈员应抽16×18=2⼈,后勤服务⼈员应抽32×18=4⼈.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中抽取C .抽样过程中每个个体被抽取的机会相同D .将总体分成⼏层,分层进⾏抽取解析:简单随机抽样、系统抽样、分层抽样的共同点是:在抽样过程中每个个体被抽取的概率是相同的.答案:C2.某市场想通过检查发票及销售记录的2%来快速估计每⽉的销量总额.采取如下⽅法:从某本发票的存根中随机抽⼀张,如15号,然后按顺序往后将65号, 115号,165号,…抽出,发票上的销售额组成⼀个调查样本.这种抽取样本的⽅法是( )A .抽签法B .随机数法C .系统抽样法D .其他的抽样⽅法解析:上述抽样⽅法是将发票平均分成若⼲组,每组50张.从第⼀组中抽取15号,以后各组抽取15+50n (n ∈N *)号,符合系统抽样的特点.答案:C3.某校⾼三年级有男⽣500⼈,⼥⽣400⼈.为了解该年级学⽣的健康情况,从男⽣中任意抽取25⼈,从⼥⽣中任意抽取20⼈进⾏调查,这种抽样⽅法是( )A .简单随机抽样法B .抽签法C .随机数表法D .分层抽样法解析:样本由差异明显的⼏部分组成,抽取的⽐例由每层个体占总体的⽐例确定,即为分层抽样法.答案:D4.将⼀个总体分为A 、B 、C 三层,其个体数之⽐为5∶3∶2,若⽤分层抽样⽅法抽取容量为100的样本,则应从C 中抽取的个体数为________.解析:25+3+2×100=20. 答案:205.将参加数学夏令营的100名同学编号为001,002,…,100.现采⽤系统抽样⽅法抽取⼀个容量为25的样本,且第⼀段中随机抽得的号码为004,则在046⾄078号中,被抽中的⼈数为________.解析:抽样距为4,第⼀个号码为004,故001~100中是4的整数倍的数被抽出,在046⾄078号中有048,052,056,060,064,068,072,076,共8个.答案:86.某中学有教职⼯300⼈,分为教学⼈员、管理⼈员、后勤服务⼈员三部分,其组成⽐例为8∶1∶1.现⽤分层抽样从中抽取容量为20的样本,请写出抽样的过程.解:抽样过程如下:(1)确定抽样⽐20300=115; (2)确定各层抽样数⽬为300×81015=16, 300×11015=2,300×11015=2; (3)⽤系统抽样法从教学⼈员中抽取16⼈,⽤简单随机抽样法分别从管理⼈员和后勤服务⼈员中各抽取2⼈;(4)将上述各层所抽的个体合在⼀起即为所要抽取的样本.⼀、选择题1.某⽜奶⽣产线上每隔30分钟抽取⼀袋进⾏检验,该抽样⽅法记为①;从某中学的30名数学爱好者中抽取3⼈了解学业负担情况,该抽样⽅法记为②.那么( )A .①是系统抽样,②是简单随机抽样B .①是简单随机抽样,②是简单随机抽样C .①是简单随机抽样,②是系统抽样D .①是系统抽样,②是系统抽样。