BÀI 3 PHƯƠNG SAI, độ LỆCH CHUẨN - 123doc

Chú ý - Khi hai dãy số liệu thống kê có cùng đơn vị đo và có số trung bình cộng bằng nhau hoặc xấp xi nhau, nếu phương sai càng nhỏ thì mức độ phân tán so với trung bình cộng của các số

Trang 1

BÀI 3 PHƯƠNG SAI, ĐỘ LỆCH CHUẨN

MỤC TIÊU

Kiến thức

- Nắm được khái niệm phương sai, độ lệch chuẩn

- Hiểu được ý nghĩa của phương sai, độ lệch chuẩn

- Nắm được công thức tính phương sai, độ lệch chuẩn

Kỹ năng

- Giải thành thạo các bài toán về phương sai, độ lệch chuẩn

- Vận dụng kiến thức để giải các bài toán thống kê trong thực tế

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

Phương sai

Giá trị trung bình  1 1 2 2 4 

k

n

Trường hợp bảng phân bố tần số, tần suất

2 n x x n x x n x k k x

s

N

f x x f x x f x x

trong đó n f lần lượt là tần số, tần suất của giá trị ; n, j x N là số các số liệu thống kê: i

Trường hợp bảng phân bố tần số, tần suất ghép lớp

2

1

k k

f c x f c x f c x

trong đó c n f là giá trị đại diện của lớp thứ i ; N là số các số liệu thống kê: i, ; i i N n n  1 2 n k |

Độ lệch chuẩn

Độ lệch chuẩn được tính bởi công thức s s2

Chú ý

- Khi hai dãy số liệu thống kê có cùng đơn vị đo và có số trung bình cộng bằng nhau hoặc xấp xi nhau, nếu phương sai càng nhỏ thì mức độ phân tán (so với trung bình cộng) của các số liệu càng bé

- Phương sai và độ lệch chuẩn đều dùng để đánh giá mức độ phân tán của các số liệu thống kê (so với số trung bình cộng) Nhưng khi cần chú ý đến đơn vị đo thì ta dùng s vì s có cùng đơn vị đo với dấu hiệu

được nghiên cứu

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1 Tính phương sai, độ lệch chuẩn của một bảng số liệu

Phương pháp giải

Bước 1 Tính giá trị trung bình 1 của mẫu số liệu

Bước 2 Tùy từng trường hợp ta áp dụng một trong các công thức tính phương sai

+) Độ lệch chuẩn được tính bởi công thức s s2

Ví dụ: Kết quả bài kiểm tra môn toán của 24 học sinh được cho trong mẫu số liệu sau:

Trang 2

Tính phương sai và độ lệch chuẩn của mẫu số liệu

Hướng dẫn giải

+) Ta có giá trị trung bình của mẫu số liệu là 1 2 149,5 6,2

24

n

x

N

 

+) Phương sai của mẫu số liệu là

  2 2  2

s

N

(2 6,2) (4 6,2) (7 6,2)

24

3,8



+) Độ lệch chuẩn là s s2  3,8 1,95

s s  

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1 Kết quả thống kê điểm môn Toán của 30 học sinh được cho trong bảng sau:

Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Hướng dẫn giải

+) Ta có giá trị trung bình của mẫu số liệu là

30

n

x

N

 

+) Phương sai của bảng số liệu trên

  2 2  2

s

N

(9 5,55) (8,5 5,55) (5,5 5,55) (5,5 5,55)

30

5,2



+) Độ lệch chuẩn s s2  5,2 2,3

Ví dụ 2 Sản lượng lúa (tạ) của 40 thửa ruộng thí nghiệm có cùng diện tích được trình bày trong bảng tần

số sau:

a) Tính sản lượng trung bình của 40 thửa ruộng

b) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Trang 3

Hướng dẫn giải

a) Ta có sản lượng trung bình của mẫu số liệu là

x

N

    

20.5 21.8 22.11 23.10 24.6

40

884 22,1

40

b) Phương sai của mẫu số liệu  2  2  2

2 n x x n x x n x k k x s

N

5.(20 22,1) 8.(21 22,1) 11.(22 22,1) 10.(23 22,1) 6.(24 22,1)

40

1,54

+) Độ lệch chuẩn của mẫu số liệu: s s2  1,54 1,24.

Ví dụ 3 Có 100 học sinh dự thi học sinh giỏi Toán (thang điểm 20 ) Kết quả như sau:

a) Tính số trung bình

b) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Hướng dẫn giải

a) Ta có số trung bình là 1 1 2 2 1523 15,23

100

k k

x

n

    

b) Phương sai là

2 n x x n x x n x k k x

s

N

1.(9 15,23) 1.(10 15,23) 2.(19 15,23)

100

3,96

+) Độ lệch chuẩn là s s2  3,96 1,99.

Bài tập tự luyện dạng

1 Câu 1 Chọn câu đúng trong bốn phương án sau đây Độ lệch chuẩn là:

A Bình phương của phương sai B Một nửa của phương sai

C Căn bậc hai của phương sai D Hiệu của số trung bình và số trung vị

Câu 2 Theo dõi thời gian làm một bài toán (tính bằng phút) của 40 học sinh, giáo viên lập được bảng sau:

a) Mốt của dấu hiệu là

A.7. B 9; 10 C 8; 11 D 12

b) Tần số 3 là của giá trị nào sau đây?

Trang 4

c) Số trung bình của mẫu số liệu trên gần với số nào nhất?

d) Phương sai của mẫu số liệu trên gần với số nào nhất?

Câu 3 Giá bán (đơn vị: nghìn đồng) của 60 mặt hàng ở một cửa hàng được thống kê trong bảng sau:

a) Số trung bình của bảng số liệu trên là

b) Độ lệch chuẩn của bảng số liệu trên gần với số nào nhất?

Câu 4 Một cửa hàng ăn ghi lại số tiền (nghìn đồng) mà mỗi khách hàng trả cho cửa hàng Các số liệu

được trình bày trong bảng sau:

a) Tính số trung bình

b) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Câu 5 Tiền lương hàng tháng của 30 công nhân ở một xưởng may được cho trong bảng sau

a) Mốt của mẫu số liệu trên là bao nhiêu?

b) Tính số trung bình

c) Tìm phương sai, độ lệch chuẩn

ĐÁP ÁN

1-C 2a -C 2b -B 2c - C 2d -A 3a -A 3b -D

Trang 5

HƯỚNG DẪN GIẢI TỰ LUẬN

Câu 4 Lập bảng giá trị đại diện của từng lớp

N = 200

a) Số trung bình của mẫu số liệu: n c1 1 n c2 2 n c k k

x

N

    

25.50 70.150 60.250 30.350 15.450

200 220





b) Phương sai là

s

N

25.(50 220) 70.(150 220) 15.(450 220)

200 20000





Suy ra độ lệch chuẩn là 2

20000 141, 4

Câu 5

a) Mốt của mẫu số liệu trên là: 700; 900

b) Số trung bình là 300.3 500.5 1000.5 733

30

c) Áp dụng công thức tính phương sai:  2  2  2

s

N

Net ta tính được phương sai là 2

46222

s  Suy ra độ lệch chuẩn là s214

Dạng 2 Dạng toán tổng hợp

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1 Điểm số 30 lần bắn của xạ thủ A (mỗi lần bắn một viên đạn) được cho trong bảng:

a) Hãy lập bảng phân bố tần số và bảng phân bố tần suất của số liệu thống kê trên

b) Tính giá trị trung bình, tìm số trung vị và mốt

c) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Hướng dẫn giải

Trang 6

a) Ta có bảng phân bố tần số, tần suất của mẫu số liệu trên

b) Số trung bình là x n x n1 1 2 2 x n k k 8,2

x

N

+) Kích thước mẫu là 30 nên số trung vị là trung bình cộng của hai giá trị ở vị trí 15 và16 :

2

+) Giá trị có tần số lớn nhất là 8 Vậy mốtM08

2 n x x n x x n x k k x 1,5

s

N

+) Độ lệch chuẩn là s s2 1,2

Ví dụ 2 Cho các số liệu thống kê ghi trong bảng sau: Thời gian (phút) đi từ nhà đến trường của bạn A

trong 35 ngày

a) Lập bảng phân bố tần số và tần suất ghép lớp, với các lớp:

19, 21 ; 21, 23 ; 23, 25 ; 25, 27 ; 27; 29

b) Tính giá trị trung bình, tìm số trung vị và mốt

c) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Hướng dẫn giải

a) Bảng phân bố tần số và tần suất ghép lớp:

Trang 7

b) Giá trị trung bình của bảng là

k k

x

N

+) Bảng trên có kích thước 35 nên số trung vị là M e x1823

+) Giá trị có tần số lớn nhất là23 Vậy mốt M023

2 n c x n c x n c k k x 5,9

s

N

+) Độ lệch chuẩn là s s2  5,9 2,4.

Ví dụ 3 Cho bảng số liệu thống kê thời gian (phút) hoàn thành một bài tập toán của một học sinh lớp10

a) Hãy lập bảng phân bố tần số và tần suất ghép lớp với các lớp như sau:

19,5; 20,5 , 20,5; 21,5 , 21,5; 22,5 , 22,5; 23,5 , 23,5; 24,5 , 24,5; 25,5

b) Tính giá trị trung bình, tìm số trung vị

c) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Hướng dẫn giải

a) Bảng phân bố tần số - tần suất ghép lớp

b) Giá trị trung bình là 1 1 2 2 894 22,35

40

k k

x

N

Vì kích thước mẫu là 40 nên số trung vị là 20 21 22,35

2

e

c) Phuong sai là  2  2  2

2 n c x n c x n c k k x 2,3

s

N

Trang 8

Độ lệch chuẩn là s s2  2,3 1,5.

Bài tập tự luyện dạng 2

Câu 1 Cho bảng phân bố tần số ghép lớp cân nặng của các học sinh lớp 10A và 10B của một trường

THPT C

a) Lập bảng phân bố tần suất ghép lớp ở bảng trên

b) Tính số trung bình cộng, phương sai và độ lệch chuẩn ở bảng trên

c) Học sinh ở lớp 10A hay lớp 10B có cân nặng trung bình lớn hơn?

Câu 2 Để điều tra chiều cao của học sinh nữ lớp 10 trong một trường THPT người ta đo chiều cao của

30 học sinh nữ và thu được mẫu số liệu sau (cm)

a) Hãy lập bảng phân bố tần số và tần suất ghép lớp gồm 8 lớp như sau:

150, 152 ; 152, 154 ; 158, 160 , 160, 162 , 162, 164 , 164,166

b) Tính giá trị trung bình

c) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Câu 3 Số cuộn phim mà 40 nhà nhiếp ảnh nghiệp dư sử dụng trong một tháng được thống kê trong bảng sau

a) Với các lớp 0; 3 , 4; 7 , 8; 11 , 12, 15 , 16; 17 ,             lập bảng phân bố tần số, tần suất ghép lớp b) Tính giá trị trung bình, tìm số trung vị

c) Tính phương sai và độ lệch chuẩn

Câu 4 Hai xạ thủ cùng tập bắn, mỗi người đã bắn 30 viên đạn vào bia Kết quả được ghi lại ở các bảng sau:

Điểm số của xạ thủ A

Điểm số của xạ thủ B

Trang 9

a) Lập bảng phân bố tần số, tần suất của các số liệu thống kê ở hai bảng trên

b) Tính số trung bình, số trung vị, mốt, phương sai và độ lệch chuẩn của các số liệu thống kê ở hai bảng trên

c) Xét xem trong lần tập bắn này, xạ thủ nào bắn chậm hơn?

Câu 5 Hai lớp 10 , 10C D của một trường THPT đồng thời làm bài thi môn Văn theo cùng một đề thi

Kết quả thi được trình bày ở hai bảng phân bố sau đây:

Điểm thi Văn của lớp 10C

Điểm thi Văn của lớp 10D

a) Tính các số trung bình cộng, trung vị, mốt, phương sai và độ lệch chuẩn của hai bảng trên

b) Xét xem kết quả làm bài thi của môn Văn ở lớp nào là đồng đều hơn?

ĐÁP ÁN

Câu 1

a) Bảng phân bố tần suất ghép lớp

b)

+) Số trung bình cộng:

n c n c n c n c n c n c

x

n

1.33 2.39 5.45 15.51 9.57 6.63

52, 4 38

n c n c n c n c n c n c

y

n

2.33 7.39 12.45 13.51 7.57 5.63

49 46

+) Phương sai:

Áp dụng công thức tính phương sai:

Trang 10

s

n

Ta tính được phương sai của cân nặng học sinh lớp 10A và lớp 10B lần lượt là 2 2

50, 41; 62, 41

s  s   s  s  

c) Ta thấy x y , nên học sinh ở lớp 10A có cân nặng trung bình lớn hơn lớp 10B

Câu 2

a) Bảng phân bố tần số - tần suất ghép lớp

Lớp

( chiều cao học sinh)

Tần số (n) Tần suất (%)

b) Bảng các giá trị đại diện tương ứng

Lớp

( chiều cao học sinh)

Tần số (n) Tần suất (%) Giá trị đại diện

- Khi đó số trung bình là 151.5 153.4 165.4 4744 158

x     

Do N = 30 nên số trung vị là 15 16 158 159

158, 5

e

x x

c) Phương sai là

23, 4

Suy ra độ lệch chuẩn s4,84

Câu 3

a) Bảng phân bố tần số - tần suất ghép lớp

Trang 11

Lớp ( số cuộn phim) Tần số (n) Tần suất (%) Giá trị đại diện

b) Số trung bình là 1, 5.11 5, 5.14 16, 5.2 6, 65

40

c) Áp dụng công thức tính phương sai:  2  2  2

s

N

phương sai là 2

26

s  Suy ra độ lệch chuẩn là s5

Câu 4

a) Bảng phân bố tần số, tần suất:

Điểm số Tần số Tần suất

6

7

8

9

10

4

3

8

9

6

13,3 10,0 26,7 30,0 20,0

Điểm số Tần số Tần suất

5

6

7

8

9

10

1

2

4

7

9

7

3,3 6,7 13,4 23,3 30,0 23,3

+) Số trung bình cộng:

A

n x n x n x n x n x

x

n

30

B

n x n x n x n x n x n x

x

n

30

+) Số trung vi: ( ) 8 9 8, 5; ( ) 9

2

M A    M B 

+) Mốt: M A0( )9;M B0( )9

+) Phương sai:

( )

x

s A

n

4(6 8,3) 3(7 8,3) 8(8 8,3) 9(9 8,3) 6(10 8,3)

1, 61 30

2

( )

x

s B

n

Trang 12

1(5 8, 4) 2(6 8, 4) 4(7 8, 4) 7(8 8, 4) 9(9 8, 4) 7(10 8, 4)

1, 77 30

+) Độ lệch chuẩn: ( ) 1,27; ( ) 1,33s A x  s B x 

c) Do x Ax s A B; 2x( )s B2x( ) nên trong lần bắn này, xạ thủ A bắn chậm hơn xạ thủ B

Câu 5

a) Số trung bình cộng:

n x n x n x n x n x n x

x

n

45

7, 3 45

n x n x n x n x

y

n

+) Số trung vị: M e(10 )C 7;M e(10 )D 7

+) Mốt: M0(10 )C 8;M0(10 )D 7

+) Phương sai:

2

x

s

n

5(5 7,3) 7(6 7,3) 12(7 7,3) 14(8 7,3) 3(9 7,3) 4(10 7,3)

1,87 45

 2  2  2  2

2

y

s

n

9(6 7,3) 18(7 7,3) 12(8 7,3) 6(9 7,3)

0,89 45

+) Độ lệch chuẩn: s x  1,871,37;s y  0,890,94

b) Vì x y 7.3:s x2s2y nên điểm số của các bài thi ở lớp 10D là đồng đều hơn