2020版高考数学第九章算法初步、统计、统计案例第三节用样本估计总体学案理（含解析）新人教A版.docx

第三节用样本估计总体2019考纲考题考情1用样本的频率分布估计总体分布(1)作频率分布直方图的步骤。求极差(即一组数据中最大值与最小值的差)。决定组距与组数。将数据分组。列频率分布表。画频率分布直方图。(2)频率分布折线图和总体密度曲线。频率分布折线图：连接频率分布直方图中各小长方形上端的中点，就得频率分布折线图。总体密度曲线：随着样本容量的增加，作图时所分的组数增加，组距减小，相应的频率分布折线图会越来越接近于一条光滑曲线，即总体密度曲线。(3)茎叶图。茎是指中间的一列数，叶是从茎的旁边生长出来的数。2用样本的数字特征估计总体的数字特征(1)众数：一组数据中出现次数最多的数。(2)中位数：将数据按大小顺序排列，若有奇数个数，则最中间的数是中位数；若有偶数个数，则中间两数的平均数是中位数。(3)平均数：，反映了一组数据的平均水平。(4)标准差：是样本数据到平均数的一种平均距离，s。(5)方差：s2(x1)2(x2)2(xn)2(xn是样本数据，n是样本容量，是样本平均数)。1频率分布直方图中各小矩形的面积之和为1。2频率分布直方图与众数、中位数与平均数的关系(1)最高的小长方形底边中点的横坐标即是众数。(2)中位数左边和右边的小长方形的面积和是相等的。(3)平均数是频率分布直方图的“重心”，等于频率分布直方图中每个小长方形的面积乘以小长方形底边中点的横坐标之和。3平均数、方差的公式推广(1)若数据x1，x2，xn的平均数为，那么mx1a，mx2a，mx3a，mxna的平均数是ma。(2)数据x1，x2，xn的方差为s2。数据x1a，x2a，xna的方差也为s2；数据ax1，ax2，axn的方差为a2s2。一、走进教材1(必修3P65例题改编)如图是100位居民月均用水量的频率分布直方图，则月均用水量为2,25)范围内的居民数有_人。解析由频率分布直方图可知，月均用水量为2,25)范围内的居民所占频率为：0505025，所以月均用水量为2,25)范围内的居民数为10002525。答案252(必修3P82A组T6改编)甲、乙两台机床同时生产一种零件，10天中，两台机床每天出的次品数分别是：甲0102203124乙2311021101则机床性能较好的为_。解析因为甲15，乙12，s165，s076，所以ss，所以乙机床性能较好。答案乙二、走近高考3(2018江苏高考)已知5位裁判给某运动员打出的分数的茎叶图如图所示，那么这5位裁判打出的分数的平均数为_。解析由茎叶图可得分数的平均数为90。答案90 4(2017山东高考)如图所示的茎叶图记录了甲、乙两组各5名工人某日的产量数据(单位：件)。若这两组数据的中位数相等，且平均值也相等，则x与y的值分别为()A3,5 B5,5C3,7 D5,7解析由两组数据的中位数相等可得6560y，解得y5，又它们的平均值相等，所以56626574(70x)(5961676578)，解得x3。答案A三、走出误区微提醒：平均数与方差的性质理解出错；中位数、众数、平均数的求法不清导致出错。5若数据x1，x2，x3，xn的平均数5，方差s22，则数据3x11,3x21,3x31，3xn1的平均数和方差分别为()A5,2 B16,2C16,18 D16,9解析因为x1，x2，x3，xn的平均数为5，所以5，所以135116，因为x1，x2，x3，xn的方差为2，所以3x11,3x21,3x31，3xn1的方差是32218。故选C。答案C6为了普及环保知识，增强环保意识，某大学随机抽取30名学生参加环保知识测试，得分(十分制)如图所示，假设得分的中位数为m，众数为n，平均数为，则m，n，的大小关系为_。(用“”连接)解析由图可知，30名学生得分的中位数为第15个数和第16个数(分别为5,6)的平均数，即m55；又5出现次数最多，故n5；597。故nm。答案nm考点一频率分布直方图【例1】某大学艺术专业400名学生参加某次测评，根据男女学生人数比例，使用分层抽样的方法从中随机抽取了100名学生，记录他们的分数，将数据分成7组：20,30)，30,40)，80,90。并整理得到如下频率分布直方图：(1)从总体的400名学生中随机抽取一人，估计其分数小于70的概率；(2)已知样本中分数小于40的学生有5人，试估计总体中分数在区间40,50)内的人数；(3)已知样本中有一半男生的分数不小于70，且样本中分数不小于70的男女生人数相等。试估计总体中男生和女生人数的比例。解(1)根据频率分布直方图可知，样本中分数不小于70的频率为(002004)1006，所以样本中分数小于70的频率为10604。所以从总体的400名学生中随机抽取一人，其分数小于70的概率估计值为04。(2)根据题意，样本中分数不小于50的频率为(001002004002)1009，故样本中分数小于50的频率为01，故分数在区间40,50)内的人数为1000155。所以总体中分数在区间40,50)内的人数估计为40020。(3)由题意可知，样本中分数不小于70的学生人数为(002004)1010060。所以样本中分数不小于70的男生人数为6030。所以样本中的男生人数为30260，女生人数为1006040，男生和女生人数的比例为604032。所以根据分层抽样原理，总体中男生和女生人数的比例估计为32。1绘制频率分布直方图时需注意的两点(1)制作好频率分布表后，可以利用各组的频率之和是否为1来检验该表是否正确；(2)频率分布直方图的纵坐标是，而不是频率。2与频率分布直方图计算有关的两个关系式(1)组距频率；(2)频率，此关系式的变形为样本容量，样本容量频率频数。【变式训练】(2019贵阳监测考试)在某中学举行的环保知识竞赛中，将三个年级参赛学生的成绩进行整理后分为5组，绘制如图所示的频率分布直方图，图中从左到右依次为第一、第二、第三、第四、第五小组，已知第二小组的频数是40，则成绩在80100分的学生人数是()A15 B18 C20 D25解析根据频率分布直方图，得第二小组的频率是0041004，因为频数是40，所以样本容量是100，又成绩在80100分的频率是(00100005)10015，所以成绩在80100分的学生人数是10001515。故选A。答案A考点二茎叶图【例2】(2019郑州质量预测)我市某高中从高三年级甲、乙两个班中各选出7名学生参加2018年全国高中数学联赛(河南初赛)，他们取得的成绩(满分140分)的茎叶图如图所示，其中甲班学生成绩的中位数是81，乙班学生成绩的平均数是86，若正实数a，b满足a，G，b成等差数列且x，G，y成等比数列，则的最小值为()AB2 CD9解析由甲班学生成绩的中位数是81，可知81为甲班7名学生的成绩按从小到大的顺序排列的第4个数，故x1。由乙班学生成绩的平均数为86，可得(10)(6)(4)(y6)57100，解得y4。由x，G，y成等比数列，可得G2xy4，由正实数a，b满足a，G，b成等差数列，可得G2，ab2G4，所以(54)(当且仅当b2a时取等号)。故的最小值为。故选C。答案C1由于茎叶图完全反映了所有的原始数据，解决由茎叶图给出的统计图表问题时，要充分对这个图表提供的样本数据进行相关的计算或者是对某些问题作出判断。2茎叶图不能直接反映总体的分布情况，这就需要通过茎叶图中的数据求出样本数据的数字特征，进一步估计总体情况。【变式训练】(1)(2019长春质量监测)已知某班级部分同学一次测验的成绩统计如图，则其中位数和众数分别为()A95,94 B92,86C99,86 D95,91(2)在一次马拉松比赛中，35名运动员的成绩(单位：分钟)的茎叶图如图所示。若将运动员按成绩由好到差编为135号，再用系统抽样方法从中抽取7人，假设抽到的第一个数据是133，则这7人的平均成绩为_。解析(1)由茎叶图可知，此组数据由小到大排列依次为76,79,81,83,86,86,87,91,92,94,95,96,98,99,101,103,114，共17个，故92为中位数，出现次数最多的为众数，故众数为86。故选B。(2)依题意，应将35名运动员的成绩由好到差排序后分为7组，每组5人。抽到的7人的编号为3,8,13,18,23,28,33，成绩为133,138,141,143,145,148,153，平均成绩是(133138141143145148153)143。答案(1)B(2)143考点三样本的数字特征微点小专题方向1：样本方差的计算【例3】(1)(2019武汉调研)某选手的7个得分去掉1个最高分，去掉1个最低分，剩余5个得分的平均数为91，如图，该选手的7个得分的茎叶图有一个数据模糊，无法辨认，在图中用x表示，则剩余5个得分的方差为()ABC6 D30(2)已知一组数据x1，x2，x3，x4，x5的方差是2，则数据2x1,2x2,2x3,2x4,2x5的标准差为_。解析(1)由茎叶图知，最低分为87分，最高分为99分。依题意得，(87939090x91)91，解得x4。则剩余5个得分的方差s2(8791)2(9391)2(9091)2(9491)2(9191)2(16419)6。故选C。(2)由s2(xi)22，则数据2x1,2x2,2x3,2x4,2x5的方差是8，标准差为2。答案(1)C(2)21平均数与方差都是重要的数字特征，是对总体的一种简明的描述，它们所反映的情况有着重要的实际意义，平均数、中位数、众数描述其集中趋势，方差和标准差描述波动大小。2方差的简化计算公式：s2(xxx)n2，或写成s2(xxx)2，即方差等于原数据平方的平均数减去平均数的平方。方向2：用样本数字特征估计总体【例4】(2019贵阳摸底考试)某高校学生社团为了解“大数据时代”下毕业生对就业情况的满意度，对20名毕业生进行问卷计分调查(满分100分)，得到如图所示的茎叶图：(1)计算男生打分的平均分，观察茎叶图，评价男、女生打分的分散程度；(2)从打分在80分以上的毕业生中随机抽取3人，求被抽到的女生人数X的分布列和数学期望。解(1)男生打分的平均分为(55536265717073748681)69。由茎叶图知，女生打分比较集中，男生打分比较分散。(2)因为打分在80分以上的毕业生有3女2男，所以X的可能取值为1,2,3，P(X1)，P(X2)，P(X3)，所以X的分布列为X123PE(X)123。若给出图形，一方面可以由图形得到相应的样本数据，再计算平均数、方差(标准差)；另一方面，可以从图形直观分析样本数据的分布情况，大致判断平均数的范围，并利用数据的波动性大小比较方差(标准差)的大小。【题点对应练】1(方向1)一组数据1,10,5,2，x,2，且2x5，若该数据的众数是中位数的倍，则该数据的方差为_。解析根据题意知，该组数据的众数是2，则中位数是23，把这组数据从小到大排列为1,2,2，x,5,10，则3，解得x4，所以这组数据的平均数为(1224510)4，方差为s2(14)2(24)22(44)2(54)2(104)29。答案92(方向1)若样本数据x1，x2，x10的标准差为8，则数据2x11,2x21，2x101的标准差为_。解析依题意，x1，x2，x3，x10的方差s264。则数据2x11,2x21，2x101的方差为22s22264，所以其标准差为2816。答案163(方向2)某商家为了解“双十一”这一天网购者在其网店一次性购物的情况，从这一天交易成功的所有订单中随机抽取了100份，按购物金额(单位：元)进行统计，得到的频率分布直方图如图所示。(1)该商家决定对这100份订单中购物金额不低于1 000元的订单按区间1 000,1 200)，1 200,1 400采用分层抽样的方法抽取6份，对买家进行售后回访，再从这6位买家中随机抽取3位赠送小礼品。求获赠小礼品的3位买家中，至少有1位买家的购物金额位于区间1 200,1 400的概率。(2)若该商家制订了两种不同的促销方案：方案一：全场商品打八折；方案二：全场购物每满200元减40元，每满600元减150元，每满1 000元减300元，以上减免只享受最高优惠。例如：购物金额为500元时，可享受最高优惠80元；购物金额为900元时，可享受最高优惠190元。利用直方图中的数据，计算说明哪种方案的优惠力度更大(同一组中的数据用该组区间的中点值作代表)。解(1)在这100份订单中，购物金额位于区间1 000,1 200)的有0000 5020010010份，位于区间1 200，1 400的有0000 252001005份，则购物金额位于区间1 000，1 400的订单共有15份，利用分层抽样抽取6份，则位于区间1 000,1 200)的有4份，位于区间1 200,1 400的有2份，设事件A表示“获赠小礼品的3位买家中，至少有1位买家的购物金额位于区间1 200,1 400”，则P(A)1。(2)由直方图知，各组的频率依次为01,02,025，03，01,005。方案一：最高优惠的平均值为(3000150002700025900031 100011 300005)02150(元)；方案二：最高优惠的平均值为4001800215002519003300013400051615(元)，由于1501615，所以方案二的优惠力度更大。1(配合例1、例4使用)如图为2018届淮北师范大学数学与应用数学专业N名毕业生的综合测评成绩(百分制)分布直方图，已知8090分数段的学员数为21人。(1)求该专业毕业总人数N和9095分数段内的人数n；(2)现欲将9095分数段内的n名毕业生随机地分配到A，B，C三所学校，每所学校至少分配两名毕业生。若这n