2019-2020年高中數(shù)學(xué) 《用樣本的數(shù)字特征估計(jì)總體的數(shù)字特征》教案3 北師大版必修3.doc

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2019-2020年高中數(shù)學(xué) 用樣本的數(shù)字特征估計(jì)總體的數(shù)字特征教案3 北師大版必修3教學(xué)分析 教科書結(jié)合實(shí)例展示了頻率分布的眾數(shù)、中位數(shù)和平均數(shù).對(duì)于眾數(shù)、中位數(shù)和平均數(shù)的概念,重點(diǎn)放在比較它們的特點(diǎn),以及它們的適用場(chǎng)合上,使學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn),在日常生活中某些人通過(guò)混用這些（描述平均位置的）統(tǒng)計(jì)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行誤導(dǎo).另一方面,教科書通過(guò)思考欄目讓學(xué)生注意到,直接通過(guò)樣本計(jì)算所得到的中位數(shù)與通過(guò)頻率直方圖估計(jì)得到的中位數(shù)不同.在得到這個(gè)結(jié)論后,教師可以舉一反三,使學(xué)生思考對(duì)于眾數(shù)和平均數(shù),是否也有類似的結(jié)論.進(jìn)一步,可以解釋對(duì)總體眾數(shù)、總體中位數(shù)和總體平均數(shù)的兩種不同估計(jì)方法的特點(diǎn).在知道樣本數(shù)據(jù)的具體數(shù)值時(shí),通常通過(guò)樣本計(jì)算中位數(shù)、平均值和眾數(shù),并用它們估計(jì)總體的中位數(shù)、均值和眾數(shù).但有時(shí)我們得到的數(shù)據(jù)是整理過(guò)的數(shù)據(jù),比如在媒體中見到的頻數(shù)表或頻率表,用教科書中的方法也可以得到總體的中位數(shù)、均值和眾數(shù)的估計(jì). 教科書通過(guò)幾個(gè)現(xiàn)實(shí)生活的例子,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到：只描述平均位置的特征是不夠的,還需要描述樣本數(shù)據(jù)離散程度的特征.通過(guò)對(duì)如何描述數(shù)據(jù)離散程度的探索,使學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)造性思維的過(guò)程.教科書通過(guò)例題向?qū)W生展示如何用樣本數(shù)字特征解決實(shí)際問(wèn)題,通過(guò)閱讀與思考欄目“生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制圖”,讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)分布的數(shù)字特征在實(shí)際中的應(yīng)用.三維目標(biāo)1.能利用頻率分布直方圖估計(jì)總體的眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)；能用樣本的眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)估計(jì)總體的眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù),并結(jié)合實(shí)際,對(duì)問(wèn)題作出合理判斷,制定解決問(wèn)題的有效方法；初步體會(huì)、領(lǐng)悟“用數(shù)據(jù)說(shuō)話”的統(tǒng)計(jì)思想方法；通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的搜集、整理、分析、判斷，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)事求是”的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng).2.正確理解樣本數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的意義和作用,學(xué)會(huì)計(jì)算數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；能根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需要合理地選取樣本,從樣本數(shù)據(jù)中提取基本的數(shù)字特征（如平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差）,并作出合理的解釋；會(huì)用樣本的基本數(shù)字特征估計(jì)總體的基本數(shù)字特征，形成對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行初步評(píng)價(jià)的意識(shí).3.在解決統(tǒng)計(jì)問(wèn)題的過(guò)程中,進(jìn)一步體會(huì)用樣本估計(jì)總體的思想,理解數(shù)形結(jié)合的數(shù)學(xué)思想和邏輯推理的數(shù)學(xué)方法；會(huì)用隨機(jī)抽樣的方法和樣本估計(jì)總體的思想解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題,認(rèn)識(shí)統(tǒng)計(jì)的作用,能夠辨證地理解數(shù)學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系.重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題對(duì)樣本數(shù)據(jù)中提取基本的數(shù)據(jù)特征并作出合理解釋,估計(jì)總體的基本數(shù)字特征；體會(huì)樣本數(shù)字特征具有隨機(jī)性.教學(xué)難點(diǎn)：用樣本平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差；能應(yīng)用相關(guān)知識(shí)解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題.課時(shí)安排 2課時(shí)教學(xué)過(guò)程第1課時(shí) 眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)導(dǎo)入新課思路1 在一次射擊比賽中,甲、乙兩名運(yùn)動(dòng)員各射擊10次,命中環(huán)數(shù)如下甲運(yùn)動(dòng)員:7,8,6,8,6,5,8,10,7,4；乙運(yùn)動(dòng)員:9,5,7,8,7,6,8,6,7,7. 觀察上述樣本數(shù)據(jù),你能判斷哪個(gè)運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮得更穩(wěn)定些嗎？為了從整體上更好地把握總體的規(guī)律,我們要通過(guò)樣本的數(shù)據(jù)對(duì)總體的數(shù)字特征進(jìn)行研究.用樣本的數(shù)字特征估計(jì)總體的數(shù)字特征.(板書課題)思路2 在日常生活中,我們往往并不需要了解總體的分布形態(tài),而是更關(guān)心總體的某一數(shù)字特征,例如：買燈泡時(shí),我們希望知道燈泡的平均使用壽命,我們?cè)鯓恿私鉄襞莸氖褂脡勖?？?dāng)然不能把所有燈泡一一測(cè)試,因?yàn)闇y(cè)試后燈泡則報(bào)廢了.于是,需要通過(guò)隨機(jī)抽樣,把這批燈泡的壽命看作總體,從中隨機(jī)取出若干個(gè)個(gè)體作為樣本,算出樣本的數(shù)字特征,用樣本的數(shù)字特征來(lái)估計(jì)總體的數(shù)字特征.推進(jìn)新課新知探究提出問(wèn)題(1)什么是眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)？(1)如何繪制頻率分布直方圖？(3)如何從頻率分布直方圖中估計(jì)眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)？活動(dòng):那么學(xué)生回憶初中所學(xué)的一些統(tǒng)計(jì)知識(shí),思考后展開討論,教師提示引導(dǎo).討論結(jié)果：(1)初中我們?cè)?jīng)學(xué)過(guò)眾數(shù)（在一組數(shù)據(jù)中,出現(xiàn)次數(shù)最多的數(shù)稱為眾數(shù)）、中位數(shù)（在按大小順序排列的一組數(shù)據(jù)中,居于中間的數(shù)稱為中位數(shù)）、平均數(shù)（一般是一組數(shù)據(jù)和的算術(shù)平均數(shù)）等各種數(shù)字特征,應(yīng)當(dāng)說(shuō),這些數(shù)字都能夠?yàn)槲覀兲峁╆P(guān)于樣本數(shù)據(jù)的特征信息.(2)畫頻率分布直方圖的一般步驟為：計(jì)算一組數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差,即求極差；決定組距與組數(shù)；將數(shù)據(jù)分組；列頻率分布表；畫頻率分布直方圖.(3)教材前面一節(jié)在調(diào)查100位居民的月均用水量的問(wèn)題中,從這些樣本數(shù)據(jù)的頻率分布直方圖可以看出,月均用水量的眾數(shù)是2.25 t（最高的矩形的中點(diǎn)）,它告訴我們,該市的月均用水量為2.25 t的居民數(shù)比月均用水量為其他值的居民數(shù)多,但它并沒(méi)有告訴我們到底多多少. 請(qǐng)大家翻回到課本看看原來(lái)抽樣的數(shù)據(jù),有沒(méi)有2.25 這個(gè)數(shù)值呢？根據(jù)眾數(shù)的定義,2.25怎么會(huì)是眾數(shù)呢？為什么？（請(qǐng)大家思考作答）分析：這是因?yàn)闃颖緮?shù)據(jù)的頻率分布直方圖把原始的一些數(shù)據(jù)給遺失了,而2.25是由樣本數(shù)據(jù)的頻率分布直方圖得來(lái)的,所以存在一些偏差. 提問(wèn)：那么如何從頻率分布直方圖中估計(jì)中位數(shù)呢？分析：在樣本數(shù)據(jù)中,有50%的個(gè)體小于或等于中位數(shù),也有50%的個(gè)體大于或等于中位數(shù).因此,在頻率分布直方圖中,矩形的面積大小正好表示頻率的大小,即中位數(shù)左邊和右邊的直方圖的面積應(yīng)該相等.由此可以估計(jì)出中位數(shù)的值為2.02.思考：2.02這個(gè)中位數(shù)的估計(jì)值,與樣本的中位數(shù)值2.0不一樣,你能解釋其中的原因嗎？（原因同上：樣本數(shù)據(jù)的頻率分布直方圖把原始的一些數(shù)據(jù)給遺失了） 課本顯示,大部分居民的月均用水量在中部（2.02 t左右）,但是也有少數(shù)居民的月均用水量特別高,顯然,對(duì)這部分居民的用水量作出限制是非常合理的.思考：中位數(shù)不受少數(shù)幾個(gè)極端值的影響,這在某些情況下是一個(gè)優(yōu)點(diǎn),但是它對(duì)極端值的不敏感有時(shí)也會(huì)成為缺點(diǎn),你能舉例說(shuō)明嗎？（讓學(xué)生討論,并舉例） 對(duì)極端值不敏感有利的例子：考察課本中表21中的數(shù)據(jù),如果把最后一個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)寫成22,并不會(huì)對(duì)樣本中位數(shù)產(chǎn)生影響.也就是說(shuō)對(duì)極端數(shù)據(jù)不敏感的方法能夠有效地預(yù)防錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的影響,而在實(shí)際應(yīng)用中,人為操作的失誤經(jīng)常造成錯(cuò)誤數(shù)據(jù). 對(duì)極端值不敏感有弊的例子:某人具有初級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)水平,想找一份收入好的工作,這時(shí)如果采用各個(gè)公司計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員收入的中位數(shù)作為選擇工作的參考指標(biāo)就會(huì)冒這樣的風(fēng)險(xiǎn):很可能所選擇公司的初級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)水平人員的收入很低,其原因是中位數(shù)對(duì)極小的數(shù)據(jù)不敏感.這里更好的方法是同時(shí)用平均工資和中位數(shù)來(lái)作為參考指標(biāo),選擇平均工資較高且中位數(shù)較大的公司就業(yè).對(duì)極端值不敏感的方法,不能反映數(shù)據(jù)中的極端情況. 同樣的,可以從頻率分布直方圖中估計(jì)平均數(shù),上圖就顯示了居民用水的平均數(shù),它等于頻率分布直方圖中每個(gè)小矩形的面積乘以小矩形底邊中點(diǎn)的橫坐標(biāo)之和.由估計(jì)可知,居民的月均用水量的平均值為2.02 t. 顯示了居民月均用水量的平均數(shù),它是頻率分布直方圖的“重心”.由于平均數(shù)與每一個(gè)樣本數(shù)據(jù)有關(guān),所以,任何一個(gè)樣本數(shù)據(jù)的改變都會(huì)引起平均數(shù)的改變.這是中位數(shù)、眾數(shù)都不具有的性質(zhì).也正因?yàn)檫@個(gè)原因,與眾數(shù)、中位數(shù)比較起來(lái),平均數(shù)可以反映出更多的關(guān)于樣本數(shù)據(jù)全體的信息.從圖上可以看出,用水量最多的幾個(gè)居民對(duì)平均數(shù)影響較大,這是因?yàn)樗麄兊脑戮盟颗c平均數(shù)相差太多了. 利用頻率分布直方圖估計(jì)眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)：估計(jì)眾數(shù)：頻率分布直方圖面積最大的方條的橫軸中點(diǎn)數(shù)字.（最高矩形的中點(diǎn)）估計(jì)中位數(shù)：中位數(shù)把頻率分布直方圖分成左右兩邊面積相等.估計(jì)平均數(shù)：頻率分布直方圖中每個(gè)小矩形的面積乘以小矩形底邊中點(diǎn)的橫坐標(biāo)之和.總之,眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)都是對(duì)數(shù)據(jù)中心位置的描述,可以作為總體相應(yīng)特征的估計(jì).樣本眾數(shù)易計(jì)算,但只能表達(dá)樣本數(shù)據(jù)中的很少一部分信息,不一定唯一；中位數(shù)僅利用了數(shù)據(jù)中排在中間數(shù)據(jù)的信息,與數(shù)據(jù)的排列位置有關(guān)；平均數(shù)受樣本中的每一個(gè)數(shù)據(jù)的影響,絕對(duì)值越大的數(shù)據(jù),對(duì)平均數(shù)的影響也越大三者相比,平均數(shù)代表了數(shù)據(jù)更多的信息,描述了數(shù)據(jù)的平均水平,是一組數(shù)據(jù)的“重心”.應(yīng)用示例思路1例1 （1）若M個(gè)數(shù)的平均數(shù)是X,N個(gè)數(shù)的平均數(shù)是Y,則這M+N個(gè)數(shù)的平均數(shù)是_；（2）如果兩組數(shù)x1,x2,xn和y1,y2,yn的樣本平均數(shù)分別是x和y,那么一組數(shù)x1+y1,x2+y2,xn+yn的平均數(shù)是_活動(dòng)：學(xué)生思考或交流,教師提示,根據(jù)平均數(shù)的定義得到結(jié)論.解：（1）；（2）.例2 某校高一年級(jí)的甲、乙兩個(gè)班級(jí)（均為50人）的語(yǔ)文測(cè)試成績(jī)?nèi)缦拢偡郑?50分）,試確定這次考試中,哪個(gè)班的語(yǔ)文成績(jī)更好一些甲班：112 86 106 84 100 105 98 102 94 10787 112 94 94 99 90 120 98 95 119108 100 96 115 111 104 95 108 111 105104 107 119 107 93 102 98 112 112 9992 102 93 84 94 94 100 90 84 114乙班：116 95 109 96 106 98 108 99 110 10394 98 105 101 115 104 112 101 113 96108 100 110 98 107 87 108 106 103 97107 106 111 121 97 107 114 122 101 107107 111 114 106 104 104 95 111 111 110分析：我們可用一組數(shù)據(jù)的平均數(shù)衡量這組數(shù)據(jù)的集中水平,因此,分別求出甲、乙兩個(gè)班的平均分即可解：用計(jì)算器分別求出甲班的平均分為101.1,乙班的平均分為105.4,故這次考試乙班成績(jī)要好于甲班思路2例1 下面是某校學(xué)生日睡眠時(shí)間抽樣頻率分布表(單位：h),試估計(jì)該校學(xué)生的日平均睡眠時(shí)間睡眠時(shí)間人數(shù)頻率6,6.5)50056.5,7)170177,7.5)330337.5,8)370378,8.5)60068.5,9)2002合計(jì)1001分析：要確定這100名學(xué)生的平均睡眠時(shí)間,就必須計(jì)算其總睡眠時(shí)間,由于每組中的個(gè)體睡眠時(shí)間只是一個(gè)范圍,可以用各組區(qū)間的組中值近似地表示解法一：總睡眠時(shí)間約為6.255+6.7517+7.2533+7.7537+8.256+8.752=739（h）,故平均睡眠時(shí)間約為7.39 h解法二：求組中值與對(duì)應(yīng)頻率之積的和6.250.05+6.750.17+7.250.33+7.750.37+8.250.06+8.750.02=7.39（h）.答：估計(jì)該校學(xué)生的日平均睡眠時(shí)間約為7.39 h例2 某單位年收入在10 000到15 000、15 000到20 000、20 000到25 000、25 000到30 000、30 000到35 000、35 000到40 000及40 000到50 000元之間的職工所占的比分別為10%,15%,20%,25%,15%,10%和5%,試估計(jì)該單位職工的平均年收入分析：上述百分比就是各組的頻率解：估計(jì)該單位職工的平均年收入為12 50010%+17 50015%+22 50020%+27 50025%+32 50015%+37 50010%+45 0005%=26 125(元).答：估計(jì)該單位人均年收入約為26 125元知能訓(xùn)練從甲、乙兩個(gè)公司各隨機(jī)抽取50名員工月工資：甲公司：800 800 800 800 800 1 000 1 000 1 000 1 0001 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 0001 xx xx 2001 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 2001 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 200 1 5001 500 1 500 1 500 1 500 1 500 1 500 2 000 2 000 2 0002 000 2 000 2 500 2 500 2 500乙公司：700 700 700 700 700 700 700 700 700700 700 700 700 700 700 1 000 1 000 1 0001 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 0001 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 0001 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 000 1 0001 000 1 000 6 000 8 000 10 000試計(jì)算這兩個(gè)公司50名員工月工資平均數(shù)、眾數(shù)、中位數(shù),并估計(jì)這兩個(gè)企業(yè)員工平均工資.答案：甲公司：?jiǎn)T工月工資平均數(shù)1 240,眾數(shù)1 200,中位數(shù)1 200；乙公司：?jiǎn)T工月工資平均數(shù)1 330,眾數(shù)1 000,中位數(shù)1 000；從總體上看乙公司員工月工資比甲公司少,原因是乙公司有幾個(gè)收入特高的員工影響了工資平均數(shù).拓展提升 “用數(shù)據(jù)說(shuō)話”, 這是我們經(jīng)?？梢月牭降囊痪湓?但是,數(shù)據(jù)有時(shí)也會(huì)被利用,從而產(chǎn)生誤導(dǎo).例如,一個(gè)企業(yè)中,絕大多數(shù)是一線工人,他們的年收入可能是一萬(wàn)元左右,另有一些經(jīng)理層次的人,年收入可以達(dá)到幾十萬(wàn)元.這時(shí),年收入的平均數(shù)會(huì)比中位數(shù)大得多.盡管這時(shí)中位數(shù)比平均數(shù)更合理些,但是這個(gè)企業(yè)的老板到人力市場(chǎng)去招聘工人時(shí),也許更可能用平均數(shù)來(lái)回答有關(guān)工資待遇方面的提問(wèn). 你認(rèn)為“我們單位的收入水平比別的單位高”這句話應(yīng)當(dāng)怎么解釋? 這句話的目的是謹(jǐn)防利用人們對(duì)統(tǒng)計(jì)術(shù)語(yǔ)的模糊認(rèn)識(shí)進(jìn)行誤導(dǎo)(蒙騙).使學(xué)生能夠正確理解在日常生活中像“我們單位的收入水平比別的單位高”這類話的模糊性,這里的“收入水平”是指員工收入數(shù)據(jù)的某個(gè)中心點(diǎn),即可以是中位數(shù)、平均數(shù)或眾數(shù),不同的解釋有不同的含義. 在這里應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):1.樣本眾數(shù)通常用來(lái)表示分類變量的中心值,容易計(jì)算,但是它只能表達(dá)樣本數(shù)據(jù)中的很少一部分信息,通常用于描述分類變量的中心位置.2.中位數(shù)不受少數(shù)幾個(gè)極端數(shù)據(jù)(即排序靠前或排序靠后的數(shù)據(jù))的影響,容易計(jì)算,它僅利用了數(shù)據(jù)中排在中間數(shù)據(jù)的信息.當(dāng)樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量比較差,即存在一些錯(cuò)誤數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)的錄入錯(cuò)誤、測(cè)量錯(cuò)誤等)時(shí),應(yīng)該用抗極端數(shù)據(jù)強(qiáng)的中位數(shù)表示數(shù)據(jù)的中心值,可以利用計(jì)算機(jī)模擬樣本,向?qū)W生展示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)對(duì)樣本中位數(shù)的影響程度.3.平均數(shù)受樣本中的每一個(gè)數(shù)據(jù)的影響,“越離群”的數(shù)據(jù),對(duì)平均數(shù)的影響也越大.與眾數(shù)和中位數(shù)相比,平均數(shù)代表了數(shù)據(jù)更多的信息.當(dāng)樣本數(shù)據(jù)質(zhì)量比較差時(shí),使用平均數(shù)描述數(shù)據(jù)的中心位置可能與實(shí)際情況產(chǎn)生較大的誤差.可以利用計(jì)算機(jī)模擬樣本,向?qū)W生展示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)對(duì)樣本平均數(shù)的影響程度.在體育、文藝等各種比賽的評(píng)分中,使用的是平均數(shù).計(jì)分過(guò)程中采用“去掉一個(gè)最高分,去掉一個(gè)最低分”的方法,就是為了防止個(gè)別裁判的人為因素而給出過(guò)高或過(guò)低的分?jǐn)?shù)對(duì)選手的得分造成較大的影響,從而降低誤差,盡量保證公平性.4.如果樣本平均數(shù)大于樣本中位數(shù),說(shuō)明數(shù)據(jù)中存在許多較大的極端值;反之,說(shuō)明數(shù)據(jù)中存在許多較小的極端值.在實(shí)際應(yīng)用中,如果同時(shí)知道樣本中位數(shù)和樣本平均數(shù),可以使我們了解樣本數(shù)據(jù)中極端數(shù)據(jù)的信息,幫助我們作出決策.5.使用者常根據(jù)自己的利益去選取使用中位數(shù)或平均數(shù)來(lái)描述數(shù)據(jù)的中心位置,從而產(chǎn)生一些誤導(dǎo)作用.課堂小結(jié)1能根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需要合理地選取樣本,從樣本數(shù)據(jù)中提取基本的數(shù)字特征（平均數(shù)）,會(huì)用樣本的基本數(shù)字特征估計(jì)總體的基本數(shù)字特征；2平均數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)有“取齊”的作用,代表一組數(shù)據(jù)的平均水平；3形成對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行初步評(píng)價(jià)的意識(shí)作業(yè) 習(xí)題2.2A組3.設(shè)計(jì)感想 本堂課在初中學(xué)習(xí)的眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)了利用頻率分布直方圖估計(jì)眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù),這是一種近似估計(jì),但都能說(shuō)明總體的分布特征,各有優(yōu)缺點(diǎn),講解時(shí)緊扣課本內(nèi)容,講清講透,使學(xué)生活學(xué)活用,會(huì)畫頻率分布直方圖,會(huì)利用頻率分布直方圖估計(jì)眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù),對(duì)總體作出正確的估計(jì).(設(shè)計(jì)者:路 波)第2課時(shí) 標(biāo)準(zhǔn)差導(dǎo)入新課思路1 平均數(shù)為我們提供了樣本數(shù)據(jù)的重要信息,但是,有時(shí)平均數(shù)也會(huì)使我們作出對(duì)總體的片面判斷.某地區(qū)的統(tǒng)計(jì)顯示,該地區(qū)的中學(xué)生的平均身高為176 cm,給我們的印象是該地區(qū)的中學(xué)生生長(zhǎng)發(fā)育好,身高較高.但是,假如這個(gè)平均數(shù)是從五十萬(wàn)名中學(xué)生抽出的五十名身高較高的學(xué)生計(jì)算出來(lái)的話,那么,這個(gè)平均數(shù)就不能代表該地區(qū)所有中學(xué)生的身體素質(zhì).因此,只有平均數(shù)難以概括樣本數(shù)據(jù)的實(shí)際狀態(tài).所以我們學(xué)習(xí)從另外的角度來(lái)考察樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)差.(教師板書課題)思路2 在一次射擊選拔比賽中,甲、乙兩名運(yùn)動(dòng)員各射擊10次,命中環(huán)數(shù)如下 甲運(yùn)動(dòng)員:7,8,7,9,5,4,9,10,7,4； 乙運(yùn)動(dòng)員:9,5,7,8,7,6,8,6,7,7. 觀察上述樣本數(shù)據(jù),你能判斷哪個(gè)運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮得更穩(wěn)定些嗎？如果你是教練,選哪位選手去參加正式比賽？ 我們知道,x甲=7，x乙=7.兩個(gè)人射擊的平均成績(jī)是一樣的.那么,是否兩個(gè)人就沒(méi)有水平差距呢？ 從上圖直觀上看,還是有差異的.很明顯,甲的成績(jī)比較分散,乙的成績(jī)相對(duì)集中,因此我們從另外的角度來(lái)考察這兩組數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差.推進(jìn)新課新知探究提出問(wèn)題(1)如何通過(guò)頻率分布直方圖估計(jì)數(shù)字特征（中位數(shù)、眾數(shù)、平均數(shù)）？(2)有甲、乙兩種鋼筋,現(xiàn)從中各抽取一個(gè)標(biāo)本（如下表）檢查它們的抗拉強(qiáng)度（單位：kg/mm2）,通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),兩個(gè)樣本的平均數(shù)均為125.甲110120130125120125135125135125乙115100125130115125125145125145 哪種鋼筋的質(zhì)量較好？(3)某種子公司為了在當(dāng)?shù)赝菩袃煞N新水稻品種,對(duì)甲、乙兩種水稻進(jìn)行了連續(xù)7年的種植對(duì)比實(shí)驗(yàn),年畝產(chǎn)量分別如下:(千克)甲：600, 880, 880, 620, 960, 570, 900(平均773)乙：800, 860, 850, 750, 750, 800, 700(平均787)請(qǐng)你用所學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí),說(shuō)明選擇哪種品種推廣更好?(4)全面建設(shè)小康社會(huì)是我們黨和政府的工作重心,某市按當(dāng)?shù)匚飪r(jià)水平計(jì)算,人均年收入達(dá)到1.5萬(wàn)元的家庭即達(dá)到小康生活水平.民政局對(duì)該市100戶家庭進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),它們的人均收入達(dá)到了1.6萬(wàn)元,民政局即宣布該市民生活水平已達(dá)到小康水平,你認(rèn)為這樣的結(jié)論是否符合實(shí)際?(5)如何考查樣本數(shù)據(jù)的分散程度的大小呢?把數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中刻畫出來(lái),是否能直觀地判斷數(shù)據(jù)的離散程度?討論結(jié)果：(1)利用頻率分布直方圖估計(jì)眾數(shù)、中位數(shù)、平均數(shù)：估計(jì)眾數(shù)：頻率分布直方圖面積最大的方條的橫軸中點(diǎn)數(shù)字.（最高矩形的中點(diǎn)）估計(jì)中位數(shù)：中位數(shù)把頻率分布直方圖分成左右兩邊面積相等.估計(jì)平均數(shù)：頻率分布直方圖中每個(gè)小矩形的面積乘以小矩形底邊中點(diǎn)的橫坐標(biāo)之和.(2) 由上圖可以看出,乙樣本的最小值100低于甲樣本的最小值110,乙樣本的最大值145高于甲樣本的最大值135,這說(shuō)明乙種鋼筋沒(méi)有甲種鋼筋的抗拉強(qiáng)度穩(wěn)定. 我們把一組數(shù)據(jù)的最大值與最小值的差稱為極差（range）.由上圖可以看出,乙的極差較大,數(shù)據(jù)點(diǎn)較分散；甲的極差小,數(shù)據(jù)點(diǎn)較集中,這說(shuō)明甲比乙穩(wěn)定.運(yùn)用極差對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,操作簡(jiǎn)單方便,但如果兩組數(shù)據(jù)的集中程度差異不大時(shí),就不容易得出結(jié)論.(3)選擇的依據(jù)應(yīng)該是,產(chǎn)量高且穩(wěn)產(chǎn)的品種,所以選擇乙更為合理.(4)不符合實(shí)際. 樣本太小,沒(méi)有代表性.若樣本里有個(gè)別高收入者與多數(shù)低收入者差別太大.在統(tǒng)計(jì)學(xué)里,對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析,需要結(jié)合實(shí)際,側(cè)重于考察總體的相關(guān)數(shù)據(jù)特征.比如,市民平均收入問(wèn)題,都是考察數(shù)據(jù)的分散程度.(5)把問(wèn)題(3)中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中刻畫出來(lái).我們可以很直觀地知道,乙組數(shù)據(jù)比甲組數(shù)據(jù)更集中在平均數(shù)的附近,即乙的分散程度小, 如何用數(shù)字去刻畫這種分散程度呢? 考察樣本數(shù)據(jù)的分散程度的大小,最常用的統(tǒng)計(jì)量是方差和標(biāo)準(zhǔn)差. 標(biāo)準(zhǔn)差： 考察樣本數(shù)據(jù)的分散程度的大小,最常用的統(tǒng)計(jì)量是標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation).標(biāo)準(zhǔn)差是樣本數(shù)據(jù)到平均數(shù)的一種平均距離,一般用s表示. 所謂“平均距離”,其含義可作如下理解: 假設(shè)樣本數(shù)據(jù)是x1,x2,xn,表示這組數(shù)據(jù)的平均數(shù).xi到的距離是|xi-|(i=1,2,n).于是,樣本數(shù)據(jù)x1,x2,xn到的“平均距離”是S=.由于上式含有絕對(duì)值,運(yùn)算不太方便,因此,通常改用如下公式來(lái)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差:s=.意義：標(biāo)準(zhǔn)差用來(lái)表示穩(wěn)定性,標(biāo)準(zhǔn)差越大,數(shù)據(jù)的離散程度就越大,也就越不穩(wěn)定.標(biāo)準(zhǔn)差越小,數(shù)據(jù)的離散程度就越小,也就越穩(wěn)定.從標(biāo)準(zhǔn)差的定義可以看出,標(biāo)準(zhǔn)差s0,當(dāng)s=0時(shí),意味著所有的樣本數(shù)據(jù)都等于樣本平均數(shù).標(biāo)準(zhǔn)差還可以用于對(duì)樣本數(shù)據(jù)的另外一種解釋.例如,在關(guān)于居民月均用水量的例子中,平均數(shù)=1.973，標(biāo)準(zhǔn)差s=0.868，所以+s=2.841,+2s=3.709；-s=1.105,-2s=0.237. 這100個(gè)數(shù)據(jù)中，在區(qū)間-2s,+2s=0.237,3.709外的只有4個(gè)，也就是說(shuō)，-2s, +2s幾乎包含了所有樣本數(shù)據(jù). 從數(shù)學(xué)的角度考慮，人們有時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)差的平方s2方差來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)差，作為測(cè)量樣本數(shù)據(jù)分散程度的工具：s2=(x1-)2+(x2-)2+(xn-)2.顯然，在刻畫樣本數(shù)據(jù)的離散程度上，方差與標(biāo)準(zhǔn)差是一樣的.但在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，一般多采用標(biāo)準(zhǔn)差. 需要指出的是,現(xiàn)實(shí)中的總體所包含的個(gè)體數(shù)往往是很多的,總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差是不知道的.如何求得總體的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差呢?通常的做法是用樣本的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差去估計(jì)總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差.這與前面用樣本的頻率分布來(lái)近似地代替總體分布是類似的.只要樣本的代表性好,這樣做就是合理的,也是可以接受的. 兩者都是描述一組數(shù)據(jù)圍繞平均數(shù)波動(dòng)的大小,實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛的是標(biāo)準(zhǔn)差.如導(dǎo)入中的運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算器計(jì)算. 用計(jì)算器計(jì)算運(yùn)動(dòng)員甲的成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)差的過(guò)程如下：即s甲=2.用類似的方法，可得s乙1.095.由s甲s乙可以知道,甲的成績(jī)離散程度大,乙的成績(jī)離散程度小.由此可以估計(jì),乙比甲的射擊成績(jī)穩(wěn)定.應(yīng)用示例思路1例1 畫出下列四組樣本數(shù)據(jù)的條形圖,說(shuō)明它們的異同點(diǎn).(1)5,5,5,5,5,5,5,5,5；(2)4,4,4,5,5,5,6,6,6；(3)3,3,4,4,5,6,6,7,7；(4)2,2,2,2,5,8,8,8,8.分析：先畫出數(shù)據(jù)的條形圖,根據(jù)樣本數(shù)據(jù)算出樣本數(shù)據(jù)的平均數(shù),利用標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式即可算出每一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差.解：四組樣本數(shù)據(jù)的條形圖如下： 四組數(shù)據(jù)的平均數(shù)都是5.0,標(biāo)準(zhǔn)差分別是：0.00,0.82,1.49,2.83.它們有相同的平均數(shù),但它們有不同的標(biāo)準(zhǔn)差,說(shuō)明數(shù)據(jù)的分散程度是不一樣的.例2 甲、乙兩人同時(shí)生產(chǎn)內(nèi)徑為25.40 mm的一種零件.為了對(duì)兩人的生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)比,從他們生產(chǎn)的零件中各抽出20件,量得其內(nèi)徑尺寸如下(單位:mm):甲25.46 25.32 25.45 25.39 25.3625.34 25.42 25.45 25.38 25.4225.39 25.43 25.39 25.40 25.4425.40 25.42 25.35 25.41 25.39乙25.40 25.43 25.44 25.48 25.4825.47 25.49 25.49 25.36 25.3425.33 25.43 25.43 25.32 25.4725.31 25.32 25.32 25.32 25.48從生產(chǎn)的零件內(nèi)徑的尺寸看，誰(shuí)生產(chǎn)的質(zhì)量較高?分析:每一個(gè)工人生產(chǎn)的所有零件的內(nèi)徑尺寸組成一個(gè)總體.由于零件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)給出(內(nèi)徑25.40 mm),生產(chǎn)質(zhì)量可以從總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)角度來(lái)衡量.總體的平均數(shù)與內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)尺寸25.40 mm的差異大時(shí)質(zhì)量低,差異小時(shí)質(zhì)量高;當(dāng)總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)尺寸很接近時(shí),總體的標(biāo)準(zhǔn)差小的時(shí)候質(zhì)量高,標(biāo)準(zhǔn)差大的時(shí)候質(zhì)量低.這樣,比較兩人的生產(chǎn)質(zhì)量,只要比較他們所生產(chǎn)的零件內(nèi)徑尺寸所組成的兩個(gè)總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差的大小即可.但是,這兩個(gè)總體的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差都是不知道的,根據(jù)用樣本估計(jì)總體的思想,我們可以通過(guò)抽樣分別獲得相應(yīng)的樣本數(shù)據(jù),然后比較這兩個(gè)樣本的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差,以此作為兩個(gè)總體之間差異的估計(jì)值.解：用計(jì)算器計(jì)算可得25.401，25.406;s甲0.037,s乙0.068.從樣本平均數(shù)看,甲生產(chǎn)的零件內(nèi)徑比乙的更接近內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)(25.40 mm),但是差異很小;從樣本標(biāo)準(zhǔn)差看,由于s甲0.02,所以,由這組數(shù)據(jù)可以認(rèn)為甲種水稻的產(chǎn)量比較穩(wěn)定.例2 為了保護(hù)學(xué)生的視力,教室內(nèi)的日光燈在使用一段時(shí)間后必須更換.已知某校使用的100只日光燈在必須換掉前的使用天數(shù)如下,試估計(jì)這種日光燈的平均使用壽命和標(biāo)準(zhǔn)差.天數(shù)151180181210211240241270271300301330331360361390燈泡數(shù)1111820251672分析：用每一區(qū)間內(nèi)的組中值作為相應(yīng)日光燈的使用壽命,再求平均壽命.解：各組中值分別為165,195,225,255，285,315,345,375,由此算得平均數(shù)約為1651%+195 11%+22518%+25520%+28525%+31516%+3457%+3752%=267.9268(天).這些組中值的方差為1(165-268)2+11(195-268)2+18(225-268)2+20(255-268)2+ 25(285-268)2+16(315-268)2+7(345-268)2+2(375-268)2=2 128.60(天2).故所求的標(biāo)準(zhǔn)差約46（天）.答：估計(jì)這種日光燈的平均使用壽命約為268天,標(biāo)準(zhǔn)差約為46天.知能訓(xùn)練（1）在一次歌手大獎(jiǎng)賽上,七位評(píng)委為歌手打出的分?jǐn)?shù)如下：9.4,8.4,9.4,9.9,9.6,9.4,9.7,去掉一個(gè)最高分和一個(gè)最低分后,所剩數(shù)據(jù)的平均值和方差分別為_.（2）若給定一組數(shù)據(jù)x1,x2,xn,方差為s2,則ax1,ax2,axn的方差是_.(3)在相同條件下對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)員甲、乙兩人進(jìn)行了6次測(cè)試,測(cè)得他們的最大速度(單位：m/s)的數(shù)據(jù)如下：甲273830373531乙332938342836 試判斷選誰(shuí)參加某項(xiàng)重大比賽更合適？答案：（1）9.5,0.016 （2）a2s2(3)33，33,乙的成績(jī)比甲穩(wěn)定,應(yīng)選乙參加比賽更合適.拓展提升 某養(yǎng)魚專業(yè)戶在一個(gè)養(yǎng)魚池放入一批魚苗,一年以后準(zhǔn)備出售,為了在出售以前估計(jì)賣掉魚后有多少收入,這個(gè)專業(yè)戶已經(jīng)了解到市場(chǎng)的銷售價(jià)是每千克15元,請(qǐng)問(wèn),這個(gè)專業(yè)戶還應(yīng)該了解什么？怎樣去了解？請(qǐng)你為他設(shè)計(jì)一個(gè)方案.解：這個(gè)專業(yè)戶應(yīng)了解魚的總重量,可以先捕出一些魚（設(shè)有x條）,作上標(biāo)記后放回魚塘,過(guò)一段時(shí)間再捕出一些魚（設(shè)有a條）,觀察其中帶有標(biāo)記的魚的條數(shù),作為一個(gè)樣本來(lái)估計(jì)總體,則 這樣就可以求得總條數(shù),同時(shí)把第二次捕出的魚的平均重量求出來(lái),就可以估計(jì)魚塘中的平均重量,進(jìn)而估計(jì)全部魚的重量,最后估計(jì)出收入.課堂小結(jié)1.用樣本的數(shù)字特征估計(jì)總體的數(shù)字特征分兩類： 用樣本平均數(shù)估計(jì)總體平均數(shù),平均數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)有“取齊”的作用,代表一組數(shù)據(jù)的平均水平. 用樣本標(biāo)準(zhǔn)差估計(jì)總體標(biāo)準(zhǔn)差.樣本容量越大,估計(jì)就越精確,標(biāo)準(zhǔn)差描述一組數(shù)據(jù)圍繞平均數(shù)波動(dòng)的大小,反映了一組數(shù)據(jù)變化的幅度.2.用樣本估計(jì)總體的兩個(gè)手段（用樣本的頻率分布估計(jì)總體的分布；用樣本的數(shù)字特征估計(jì)總體的數(shù)字特征）,需要從總體中抽取一個(gè)質(zhì)量較高的樣本,才能不會(huì)產(chǎn)生較大的估計(jì)偏差,且樣本容量越大,估計(jì)的結(jié)果也就越精確.作業(yè) 習(xí)題2.2A組4、5、6、7,B組1、2.設(shè)計(jì)感想 統(tǒng)計(jì)學(xué)科,最大的特點(diǎn)就是與現(xiàn)實(shí)生活的密切聯(lián)系,也是新教材的亮點(diǎn).僅僅想借助“死記硬背一些概念及公式,簡(jiǎn)單模仿課本例題”來(lái)學(xué)習(xí),是絕對(duì)不行的.用樣本估計(jì)總體時(shí),如果抽樣的方法比較合理,那么樣本可以反映總體的信息,但從樣本得到的信息會(huì)有偏差,其原因在于樣本的隨機(jī)性.這種偏差是不可避免的.雖然我們從樣本數(shù)據(jù)得到的分布、均值和標(biāo)準(zhǔn)差并不是總體的真正分布、均值和標(biāo)準(zhǔn)差,而只是總體的一個(gè)估計(jì),但這種估計(jì)是合理的,特別是當(dāng)樣本的容量很大時(shí),它們確實(shí)反映了總體的信息.教師建議：親身經(jīng)歷“提出問(wèn)題,收集數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),并作出合理決策”過(guò)程,在此過(guò)程中不僅可以加深對(duì)概念等知識(shí)的深刻理解,更重要的是發(fā)展了思維,培養(yǎng)了分析及解決問(wèn)題能力,同時(shí)在情感、意志等領(lǐng)域也得到了協(xié)調(diào)發(fā)展,這才是學(xué)校學(xué)習(xí)的科學(xué)而全面的目標(biāo),習(xí)題設(shè)置有層次,盡量源于教材,又高于教材,這也是高考命題原則.