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必修二 第九章 统计

人教A版(2019)必修第二册 · 河南高二。
本章研究怎样从数据中提取信息,常与概率、函数图象结合,是高考统计与概率大题的前半段。

1 知识点总结

1.1 随机抽样

抽样就是从总体中取出一部分个体作为样本,再用样本推断总体。样本要能代表总体,推断才可靠。

简单随机抽样:从总体中逐个不放回地抽取,每个个体被抽到的机会相等,常用抽签法和随机数法。它适合总体容量较小的情况,否则编号造签太麻烦。

分层随机抽样:当总体由差异明显的几部分组成时,先按这些部分分层,再在各层内独立地做简单随机抽样。层与层之间差异大、层内个体差异小,这样抽出的样本更能反映总体结构。各层抽取的个数按比例分配:

$$ \frac{n_1}{N_1}=\frac{n_2}{N_2}=\cdots=\frac{n}{N} $$

其中 $N$ 是总体容量,$n$ 是样本容量,$N_i$ 是第 $i$ 层的个体数,$n_i$ 是在该层抽取的个体数。

例 1 某校高二有学生 900 人,其中男生 500 人、女生 400 人。用分层随机抽样抽取容量为 45 的样本,男、女生各抽多少人?

解:抽样比为 $45/900=1/20$。男生抽 $500\times\dfrac1{20}=25$ 人,女生抽 $400\times\dfrac1{20}=20$ 人。

分层抽样下,总体平均数可由各层平均数加权估计:

$$ \bar{w}=\frac{N_1}{N}\bar{x}_1+\frac{N_2}{N}\bar{x}_2 $$

1.2 用样本估计总体

频率分布直方图。把数据分组后,每组的频率是该组频数除以样本容量。画直方图时纵轴标的量是

$$ \frac{\text{频率}}{\text{组距}} $$

若把纵轴直接当成频率,矩形面积就不再等于频率了。正确做法下,每个小矩形的面积恰为该组频率,所有矩形面积之和为 1。

用直方图估计数字特征:

百分位数。一组数据的第 $p$ 百分位数,是把数据从小到大排列后,使小于或等于它的数据占比至少 $p\%$ 的那个数。先算位置

$$ i=n\times p\% $$

若 $i$ 不是整数,取大于 $i$ 的最小整数对应的数据;若 $i$ 是整数,取第 $i$ 个和第 $i+1$ 个数据的平均数。

平均数与方差。样本平均数

$$ \bar{x}=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}x_i $$

方差刻画数据的离散程度,越大越分散:

$$ s^2=\frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2 $$

标准差 $s=\sqrt{s^2}$,与原始数据同单位。教材口径一律除以 $n$。

例 2 某班 50 名学生成绩分组及频率如下表,求平均数的估计值和中位数。

分组 频率
$[50,60)$ $0.1$
$[60,70)$ $0.2$
$[70,80)$ $0.4$
$[80,90)$ $0.2$
$[90,100)$ $0.1$

解:各组的组中值为 55、65、75、85、95。

$$ \bar{x}=55\times0.1+65\times0.2+75\times0.4+85\times0.2+95\times0.1=75 $$

求中位数时累计频率,前两组累计 $0.3$,第三组需补 $0.2$。第三组组距为 10,$0.2/0.4=0.5$,故中位数为 $70+0.5\times10=75$。

例 3 求数据 $2,4,4,4,5,5,7,9$ 的平均数与方差。

解:$\bar{x}=\dfrac{2+4+4+4+5+5+7+9}{8}=5$。

$$ s^2=\frac{(2-5)^2+3\times(4-5)^2+2\times(5-5)^2+(7-5)^2+(9-5)^2}{8} $$

$$ =\frac{9+3+0+4+16}{8}=4 $$

标准差 $s=2$。

例 4 求数据 $3,5,7,8,10,12,15,20$ 的第 75 百分位数。

解:$n=8$,位置 $i=8\times75\%=6$,是整数,取第 6 个和第 7 个数据的平均数:

$$ \frac{12+15}{2}=13.5 $$

例 5 已知一组数据每个数都加上 10,平均数和方差各有什么变化?

解:设原数据平均数为 $\bar{x}$,方差为 $s^2$。每个数加 10 后,平均数变为 $\bar{x}+10$;各偏差 $x_i+10-(\bar{x}+10)=x_i-\bar{x}$ 不变,所以方差仍为 $s^2$。整体平移只改变平均数,不改变离散程度。

1.3 统计案例

教材用体重与身高等实际数据,示范怎样用样本的频率分布、平均数和方差为总体画像。方法仍是 9.2 那几件工具,只是放进完整案例里走一遍,读的时候留意每步在回答什么问题。

2 易错题总结

易错点 常见错法 正确做法 原因
直方图纵轴含义 纵轴直接标频率 纵轴标频率除以组距 只有乘组距后矩形面积才等于频率,面积总和才为 1
分层抽样比例 各层平均分同样的个数 按各层个体数占总体的比例分配 各层规模不同,等量抽取会扭曲样本结构
方差的除数 用 $n-1$ 作分母 高中教材用 $n$ 教材把方差定义为各偏差平方的平均值
百分位数的位置 直接把 $np\%$ 当作答案 先算位置,按整数与否分别取数或取平均 位置是下标,不是数据值
直方图求平均数 用每组端点值代入 用组中值乘频率求和 组内数据近似均匀,取中点最合理
抽样方法的选择 总体差异明显时仍用简单随机抽样 分层差异明显就用分层随机抽样 分层能降低样本估计的偏差

2.1 易错典型题

题 从某班抽得 5 名学生的身高 $160,165,170,175,180$,求方差。

错法:算完偏差平方和后除以 4,得 $s^2=\dfrac{250}{4}=62.5$。

正解:平均数为 $\bar{x}=\dfrac{160+165+170+175+180}{5}=170$。偏差为 $-10,-5,0,5,10$,平方和为 $100+25+0+25+100=250$。

$$ s^2=\frac{250}{5}=50 $$

要点:教材口径的方差分母是样本容量 $n$。算完先检查除数,再写答案。

最后更新:2026-10-01