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文檔簡介
1、概率隨機變量概念和分布規(guī)律完全猜測回答兩道是非題,問:答對一題的機會有多大?隨機放回地從盒子 中抽取兩次,1、有多少種結(jié)果?2、抽取兩次之和等于6的機會是多少?1.2.3.4.5.一盒裝有三張紅白黑票子的盒子,隨機不返回地抽取兩張票,問:先抽出紅色票,隨后抽出白色票的機會是多少?如果是隨機返回的呢?一顆骰子擲兩次,得到兩個幺點的機會是多少?一枚硬幣拋三次,兩次正面,隨后一次反面的機會是多少?一顆骰子擲六次,下列情況你選哪個?(1)至少出現(xiàn)一個幺點,贏一元(2)出現(xiàn)六個幺點,贏六元(3)出現(xiàn)六個幺點,贏三十六元一、將數(shù)值答案與文字描述相匹配。(1)50 (2)0(3)10(4)50(5)90(6
2、)100(7)200(a)發(fā)生和不發(fā)生的可能一樣(b)這十分可能發(fā)生,但不是一定發(fā)生(c)這不發(fā)生(d)這能夠發(fā)生,但不大可能(e)這無疑會發(fā)生(f)這程序有毛病二、擲一顆骰子6000次,可期望大約多少次幺點?三、一盒裝有4張票的盒子,一張上有星號,其余三張空白,隨機有返回地抽取兩次,問:1.第一次抽取得到一張空白的機會是多少?2.第二次抽取得到一張空白的機會是多少?3.第一次空白,第二次也空白的機會是多少?4.兩次都沒有得到星號的機會是多少?5.兩次抽取中至少一次得到星號的機會是多少?四、1.一顆骰子擲3次,至少得到一個幺點的機會是多少?2.同上,但是擲6次。3.同上,但是擲12次。五、二戰(zhàn)
3、中,飛行員每次執(zhí)行任務(wù)有2機會被擊中,因此,50次任務(wù)被擊中的機會是100,這是個充分的論據(jù)嗎?三、3/4,3/4,9/16,9/16,7/16四、1、(5/6 ) 58,有一個幺點為: 15842 2、67 3、893 頻率分布直方圖 二項式(pq) 的展開1.展開式共有n1項按降冪排列,指數(shù)從n逐項減1到0,q按升冪排列,指數(shù)從0逐項增1到n3.各項次數(shù)和等于二項式的次數(shù)4. 從第一項起,各項系數(shù)依次為: C C C Cnn01nnn1nn5.兩端等距項的系數(shù)相等6.項數(shù)奇數(shù)時(二項式指數(shù)n為偶數(shù)),中間一項系數(shù)最大;項數(shù)偶數(shù)時(二項式指數(shù)n為奇數(shù)),中間兩項系數(shù)相等并且最大。楊輝三角 1
4、 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 1 10 45 120 210 252 210 120 45 10 1有10題是非題,有一考生全憑猜測回答,問:能答對5題、6題、7題、8題、9題、10題的概率各為多少?至少答對5題的概率為多少?我們可以把回答一題作為一次實驗,這是10次獨立的實驗,每次有兩個結(jié)果,答對概率p等于答錯概率q等于1/2。用隨機變量x表示10次實驗中答對的題數(shù),
5、則:猜中10題的概率為:P(X10)C p q (1/2) (1/2) P(X9)C10p q (1/2)(1/2)101010010!10!0!10099110!9!1!91P(X8)C p q (1/2)(1/2)P(X7)C p q P(X6)C p q (1/2)(1/2)P(X5)?8108210!8!2!82107731066410!6!4!64P一盒裝有一個紅球,五個綠球的盒子,隨機放回地從盒子里抽取4次,求下列結(jié)果的機會:1.紅球一次也沒有2.只有一次紅球3.有兩次抽到紅球4.抽到三次紅球5.每次都抽到紅球6.紅球至少出現(xiàn)兩次某種藥物對某種疾病治愈率為,如5人患病用該藥物治療,
6、問:治愈人數(shù)的概率分布是什么?至少有2人治愈的概率是多少?(5/6)625/1296=0.4823=48.2%4(1/6)(5/6)=500/1296=0.3858=38.6%6(1/6) (5/6) =150/1296=0.1157=11.6%4(1/6) (5/6)=20/1296=0.0154=1.5%(150+20+1)/1296=0.1319=13.2%42234兩種常用的概率分布第一節(jié) 概率第二節(jié) 二項分布第三節(jié) 正態(tài)分布第一節(jié) 概率一、事件及其概率(一)隨機事件 概率論:是從量的方面研究隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律的科學(xué)。 隨機現(xiàn)象:是指在相同條件下反復(fù)進(jìn)行觀察或?qū)嶒?,其結(jié)果無法事先預(yù)定的
7、現(xiàn)象。 如:擲硬幣,其結(jié)果有兩個,正面或反面。在隨機現(xiàn)象中出現(xiàn)的各種可能結(jié)果,稱為隨機事件,簡稱事件。 在每次試驗中一定發(fā)生的事件,稱為必然事件;而一定不會發(fā)生的事件,稱為不可能事件。如純水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下零度結(jié)冰等。(二)事件的概率 1、頻率:對于隨機事件A,如果在N次試驗中出現(xiàn)a次,則A發(fā)生的頻率記作 ()頻率滿足不等式0P(A)1。若A是必然事件,則P(A)=1,若A是不可能事件,則P(A)=0。 2、經(jīng)驗概率 計數(shù)某事件在一系列試驗中發(fā)生的次數(shù),然后計算發(fā)生次數(shù)與試驗總次數(shù)的比值得到頻率。試驗次數(shù)越多,某事件發(fā)生的頻率會在某個常數(shù)上下波動。當(dāng)試驗次數(shù)無窮時該事件發(fā)生的頻率會與一常數(shù)相等,
8、把這一常數(shù)稱為某事件的概率。(統(tǒng)計定義) 3、先驗概率 試驗滿足:試驗中各種可能結(jié)果(基本事件)是有限的,并且每種結(jié)果發(fā)生的可能性是不變時,則某事件發(fā)生的概率等于該事件包含的基本事件數(shù)(K)除以試驗中可能發(fā)生的基本事件總件數(shù)(N)之商。 經(jīng)驗概率是由計算事件發(fā)生的頻率而得,先驗概率是在實踐之前利用有關(guān)事實確定的。前者給出了概率的操作性定義,后者提供了概率的理論上的基本定義。 4、概率的性質(zhì)(1)對任一事件A,有0P(A)1。(2)不可能事件的概率等于零。(3)必然事件的概率等于1。 5、小概率事件 在統(tǒng)計推斷中,將一次試驗中發(fā)生的概率小于的事件,稱為小概率事件。認(rèn)為它是一次試驗中同乎不可能發(fā)生
9、的事件。二、概率的兩個基本法則(一)概率的加法法則兩個互不相容(或互斥)事件A、B之和的概率等于兩個事件分別發(fā)生的概率,即P(A+B)=P(A)+P(B)在一次試驗中不可能同時出現(xiàn)的事件稱為互不相容事件。例1 在9道題中,有6道選擇題,2道是非題,1道填空題,隨機抽出一題,求抽出的為是非或選擇題的概率是多少?解:抽出是非題為事件A,抽出選擇題為事件B,隨機抽一題,只能是抽取三類題中的一題,所以A,B為互不相容事件?!俺槌龅臑槭欠腔蜻x擇題”意思是無論抽得兩種題中的哪一種都表示該事件發(fā)生了,因此是求兩個事件之和的概率P(A+B)。 P(A)=2/9, P(B)=6/9所以P(A+B)=P(A)+P
10、(B)=8/9(二)概率的乘法法則兩個相互獨立事件A、B之積的概率等于兩個事件分別發(fā)生的概率的積,即P(AB)=P(A) P(B)兩個相互獨立事件就是指一個事件發(fā)生的概率與另一個事件的發(fā)生無關(guān),兩個事件的積就是指兩個事件同時發(fā)生的事件。例2 兩道四選一題,憑猜測做對一題的概率是多少?解:設(shè)第一題做對為事件A,做錯為事件 ,第二題做對為事件B,做錯為事件 ,做對第一題的概率為P(A ),做對第二題的概率為P( B ),所以做對任意一題的概率為P(A )+P( B )=P(A)P( )+P( )P(B)=1/4*3/4+3/4*1/4=3/8一盒裝有一個紅球,五個綠球的盒子,隨機放回地從盒子里抽取
11、4次,求下列結(jié)果的機會:1.紅球一次也沒有2.只有一次紅球3.有兩次抽到紅球4.抽到三次紅球5.每次都抽到紅球6.紅球至少出現(xiàn)兩次例:投擲一粒均勻的六面體骰子,出現(xiàn)的點數(shù)有可能是1、2、3、4、5、6共六種。這六種結(jié)果是基本結(jié)果,不可以再分解成更簡單的結(jié)果了,所以=1,2,3,4,5,6為該試驗的樣本空間?!俺霈F(xiàn)點數(shù)是奇數(shù)”這一事件就不是簡單事件,它是由基本事件1,3和5組合而成的。我們通常用大寫字母A,B,C,來表示隨機事件,例如,設(shè)A表示“出現(xiàn)點數(shù)是奇數(shù)”,則A=1,3,5;設(shè)B表示“出現(xiàn)點數(shù)是偶數(shù)”,則B=2,4,6。一盒裝有三張紅白黑票子的盒子,隨機不返回地抽取兩張票,問:先抽出紅色票
12、,隨后抽出白色票的機會是多少?如果是隨機返回的呢? 第二節(jié) 二項分布(pq) 的展開1.展開式共有n1項按降冪排列,指數(shù)從n逐項減1到0,q按升冪排列,指數(shù)從0逐項增1到n3.各項次數(shù)和等于二項式的次數(shù)4. 從第一項起,各項系數(shù)依次為: C C C Cnn01nnn1nn5.兩端等距項的系數(shù)相等6.項數(shù)奇數(shù)時(二項式指數(shù)n為偶數(shù)),中間一項系數(shù)最大;項數(shù)偶數(shù)時(二項式指數(shù)n為奇數(shù)),中間兩項系數(shù)相等并且最大。(一)二項分布的概念 所謂分布的指隨機變量的概率分布。 如果一次試驗中只會發(fā)生兩種結(jié)果,非A即B,A和B就是對立事件。發(fā)生A和B的概率分別為p和q,顯然P(A)+P(B)=p+q=1。而且
13、 重復(fù)多次試驗時,各次試驗結(jié)果之間互不影響,各次試驗結(jié)果之間是相互獨立事件,則在n次試驗中,A事件可能出現(xiàn)的次數(shù)k(k=0,1,n)是隨機的,也就是有n+1個概率值。A事件出現(xiàn)各種可能結(jié)果這一隨機變量的概率分布就叫二項分布。二項分布中A事件出現(xiàn)的k次的概率與二項展開式的各項相對應(yīng)。楊輝三角 1 1 1 2 1 1 3 3 1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 1 10 45 120 210 252 210
14、120 45 10 1二項式定理: 二項分布中A事件出現(xiàn)k次的概率與上式中各項對應(yīng),通式為()(6.6) 例3 憑猜測做五道是非題,答對的概率p=1/2,答錯的概率q=1/2,問五題中答對k(k=0,1,2,3,4,5)題的概率各是多少?解:根據(jù)二項式定理答對5題的概率1/32答對4題的概率5/32答對3題的概率10/32答對0題的概率1/325題中答對各種可能結(jié)果的概率之和為1。所以在二項分布中,n+1項的概率之和為1。若p=q,則概率分布呈對稱性,與兩端等距的項的概率相等。若pq,n較小時,概率分布不對稱,當(dāng)n較大時(大于等于30或50),概率分布逐步對稱。(二)二項分布的平均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差
15、(對隨機變量k進(jìn)行計算)平均數(shù): =np標(biāo)準(zhǔn)差: =二、二項分布的應(yīng)用 例4 某個學(xué)生一次測驗回答20道是非題,每題1分,他得了18分,問(1)憑猜測得18分的概率是多少?(2)他的成績?nèi)粼?8分以上,是否是憑猜測得到的? 解:(1)p=0.5,q=0.5,n=20,k=18,代入公式()得即憑猜測得18分的可能性只有十萬分之十八。(2)依題意應(yīng)首先求該學(xué)生得18分,19分、20分三種分?jǐn)?shù)的概率之和是多少,然后從這個概率的大小判斷他是否是憑猜測得到這個分?jǐn)?shù)。 同樣P(19) P(20) 三者之和為0.000201,即憑猜測得18分以上的概率只有萬分之二,可以斷定,他得18分以上不是憑猜測得到的
16、。有10題是非題,有一考生全憑猜測回答,問:能答對5題、6題、7題、8題、9題、10題的概率各為多少?至少答對5題的概率為多少?我們可以把回答一題作為一次實驗,這是10次獨立的實驗,每次有兩個結(jié)果,答對概率p等于答錯概率q等于1/2。用隨機變量x表示10次實驗中答對的題數(shù),則:猜中10題的概率為:P(X10)C p q (1/2) (1/2) P(X9)C10p q (1/2)(1/2)101010010!10!0!10099110!9!1!91P(X8)C p q (1/2)(1/2)P(X7)C p q P(X6)C p q (1/2)(1/2)P(X5)?8108210!8!2!8210
17、7731066410!6!4!64第三節(jié) 正態(tài)分布一、正態(tài)分布的概念 正態(tài)分布是指在一個概率分布中,中間頻數(shù)多,兩端頻數(shù)相對稱地減少,形成一種“鐘”形對稱的理論概率分布。 圖6-1 正態(tài)分布 在二項分布中,當(dāng)p=q,當(dāng)均數(shù)np=5,n=10時,二項分布可看作正態(tài)分布的近似形。圖6-2 平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差相同的二項分布直條圖和正態(tài)分布圖某種藥物對某種疾病治愈率為,如5人患病用該藥物治療,問:治愈人數(shù)的概率分布是什么?至少有2人治愈的概率是多少?(二)正態(tài)分布曲線圖6-1為正態(tài)分布曲線,其方程為 其中,Y為正態(tài)分布曲線的高度,表示隨機變量的概率的大小或觀測值出現(xiàn)的相對次數(shù),X為觀測值,即隨機變量的可能
18、取值;、分別為X的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差,e=2.71828,=3.1416。() 從式可看出,Y的值與離差|X-|的絕對值有關(guān),它是以X=這一點的縱線為對稱軸的軸對稱圖形。它的位置和形狀由平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差決定。在同一直角坐標(biāo)系中,平均數(shù)的大小決定圖形的位置左移或右移,當(dāng)較小時,圖形向左移;當(dāng)較大時,圖形向右移。見圖6-3(a)=0=1=5=1圖6-3(a)標(biāo)準(zhǔn)差的大小決定圖形的陡峭平緩程度,即決定縱線高度的最大值。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差較大時,概率分布的離中趨勢較大,觀測值分散在較大范圍內(nèi),縱線高度的最大值較小,正態(tài)分布曲線形狀較平緩;當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差較小時,概率分布的離中趨勢較小,觀測值分散在較小范圍內(nèi),縱線高度的最大值
19、較大,正態(tài)分布曲線形狀較陡峭。如圖6-3(b)圖6-3(b)=1 在無數(shù)條正態(tài)分布曲線中有一條曲線=0,=1,這條曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線,見圖6-3(a)中左側(cè)的一條曲線。其方程簡化為二、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布曲線的特點 1、曲線最高點為Z=0,曲線下的總面積即概率總和為1,對稱軸左右各。 2、曲線是以過Z=0的縱線為對稱軸呈鐘形的軸對稱圖形。 3、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的平均數(shù)、中數(shù)、眾數(shù)三點重合在Z=0這一點上。 4、曲線與對稱軸交點處Y值最大,即此處觀測值的相對次數(shù)最大,概率最大;曲線向兩側(cè)先快后慢地下降,在Z=1處有兩個拐點;橫軸是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)曲線的水平漸近線,曲線向兩側(cè)逐漸接近橫軸,但永不相交。三、正態(tài)分布表
20、(一)正態(tài)分布表的結(jié)構(gòu) 它是通過公式()計算得到的。 表中第一列給出了從0到的Z值,第二列給出了與Z對應(yīng)的過點Z的縱線的高度Y值,第三列給出了曲線下面積P值是過Z=0人縱線與過表中某Z點人縱線所夾圖形的面積比率,即相應(yīng)區(qū)間的隨機變量的概率。(二)正態(tài)分布表的使用 已知Z值查出對應(yīng)的P值和Y值;已知P值查出對應(yīng)的Z值和Y值。1、已知Z值,求P值。例5 在正態(tài)分布表中:(1)求Z=-1與Z=1之間的面積比率。解:查表,當(dāng)Z=1時,P1=0.34134,由它的對稱性,當(dāng)Z=-1時,所以所求的面積比率為:。(2)求 與之間的面積比率.解:查表,當(dāng)時,P1=0.49506,由它的對稱性,當(dāng)時,P2=0.
21、 49506,所以所求的面積比率為:。例6 利用正態(tài)分布表求:(1)正態(tài)曲線下處左側(cè)的面積。 (2) 正態(tài)曲線下處右側(cè)的面積。(3)正態(tài)曲線下處左側(cè)的面積。(4)正態(tài)曲線下處右側(cè)的面積。解:(1)查表得,P=0.40988, 由于正態(tài)曲線對稱軸左側(cè)的面積為0.5, 所以所求面積為:0.5+0.40988=0.90988. (2) z=2.16,p=0.48461,由于對稱軸右側(cè)的面積為0.5,故所求面積為: 0.5-0.48461=0.01539. (3)查表得時,P=0.44950,所以時,P=0.44950,即它與Z=0所夾面積為P=0.44950,故所求面積為:0.5-P=0.0505.
22、 (4) 當(dāng)時,P=0.43319,所以當(dāng)時,P=0.43319,故所求面積為: 0.5+P=0.93319.2、已知P值,求Z值。例7 利用正態(tài)分布表,求:(1)求中央50%的面積操作的下限Z值和上限Z值。(2)求正態(tài)曲線下右尾20%的面積的下限Z值。(3)求正態(tài)曲線下左側(cè)30%的面積的上限Z值。解:(1)由于正態(tài)曲線的對稱性,中央50%的面積為對稱軸左右兩側(cè)各25%的面積的和。所以,查附表,表中沒有恰等于的P值,可以用誤差最小的近似值作為P的近似值,對應(yīng)的,故Z的下限為,Z的上限為。 (2)所要求的Z值是表中處對應(yīng)的Z值,取最近似的值,其對應(yīng)的Z值為,故所求的下限Z值為。 (3)對稱軸與過
23、Z值點縱線所夾面積為,表中最近的P值為,其對應(yīng)的,它的對稱點為,為所求。四、正態(tài)曲線下面積的應(yīng)用(一)推求考試成績中特定區(qū)間的人數(shù)例8 已知某年級200名學(xué)生考試成績呈正態(tài)分布,平均分為85分,標(biāo)準(zhǔn)差為10分,學(xué)生甲的成績?yōu)?0分,問全年級成績比學(xué)生甲低的學(xué)生人數(shù)是多少?解:屬于已知Z值求P值問題。一般分3步完成:a)計算甲生成績的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù);b)根據(jù)Z值查表求得對稱軸與過Z值縱線所夾的面積;再計算出Z值左側(cè)的曲線面積;c)將面積比率乘以總?cè)藬?shù),即可得比甲生分?jǐn)?shù)低的學(xué)生的實際人數(shù)。 甲的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù): =(70-85) 查表,時,P=0.43319,故左側(cè)的面積為:。 200*0.06681=13(
24、人),所以全年級成績比學(xué)生甲低的學(xué)生人數(shù)是13人。例:某大學(xué)英語考試成績服從正態(tài)分布,已知平均成績?yōu)?0分,標(biāo)準(zhǔn)差為10分。求該大學(xué)英語成績在6075分的概率。 例9 某次升學(xué)考試,學(xué)生成績符合正態(tài)分布,1000名考生英語平均60分,標(biāo)準(zhǔn)差15分,試求:(1)70-80分之間有多少人?(2)90分以上有多少人?解:已知學(xué)生的分?jǐn)?shù),求某分?jǐn)?shù)區(qū)間的實際人數(shù)。屬于Z-P問題。(1)Z1= =(70-60) 根據(jù)Z1,Z2查表,得,即分?jǐn)?shù)在70-80之間的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的15.967%,即1000*0.15967=160人。(2)Z3= =(90-60)/15=2 查表得,90分以上人數(shù)比率為:。即10
25、00*0.02275=23(人)。(二)推求考試成績中某一特定人數(shù)比率的分?jǐn)?shù)界限 例10 某次招生考試,學(xué)生成績符號正態(tài)分布,學(xué)生成績的平均分為80分,標(biāo)準(zhǔn)差為10分,要擇優(yōu)錄取25%學(xué)生進(jìn)入高一級學(xué)校學(xué)習(xí),問最低分?jǐn)?shù)線是多少分? 解:它屬于P-Z問題。根據(jù)錄取率可算出曲線下對應(yīng)的面積,查正態(tài)分布表,可得錄取分?jǐn)?shù)線對應(yīng)的Z值,再根據(jù)平均分,標(biāo)準(zhǔn)差,算出錄取分?jǐn)?shù)線的原始分?jǐn)?shù)X值。 由于錄取率為25%,則正態(tài)曲線下對稱軸與過最低錄取線分?jǐn)?shù)的縱線所夾面積為,查表,最近的,對應(yīng)的。因為得,因此這次考試的最低錄取分?jǐn)?shù)線為分。 例11 某次數(shù)學(xué)競賽,學(xué)生成績呈正態(tài)分布,參賽學(xué)生200分,平均分分,標(biāo)準(zhǔn)差為
26、分,(1)若表揚前20名競賽優(yōu)勝者,其最低分應(yīng)是多少?(2)某生得80分,他在參賽中排第幾名? 解:(1)已知優(yōu)勝者人數(shù)為20人,總?cè)藬?shù)為200人,可求出優(yōu)勝者人數(shù)比率:,下面屬于P-Z問題。 正態(tài)曲線下右側(cè)面積比率為0.10,表中P值應(yīng)為0.5-0.1=0.4,查表,最近的P值為,對應(yīng)的Z值為,所以,所以優(yōu)勝者最低分?jǐn)?shù)應(yīng)是78.54 分。 (2)求某生在參賽中排列的名次,就是求成績等于和高于他的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的比率,進(jìn)而求實際人數(shù)。屬于Z-P問題。先求該生成績的標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)查正態(tài)分布表得,成績等于和高于該生的人數(shù)比率即曲線下右側(cè)面積,。即 200*0.07493=15(人)所以該生在參賽者中應(yīng)排在第15名。(三)確定按能力或成績等級分組的各組人數(shù) 假設(shè)學(xué)生成績呈正態(tài)分布,學(xué)生能力也呈正態(tài)分布,按成績等級或能力進(jìn)行分組,各組的人數(shù)不應(yīng)是均等的,而應(yīng)是中等能力、中等等級的人數(shù)多高能力與低能力組,高成績與低成績等級組的人數(shù)少。可以利用正態(tài)分布理論解決此類問題。 例12 某年級進(jìn)行數(shù)學(xué)能力測驗后,擬按數(shù)學(xué)能力將學(xué)生分成五個組。該次測驗參加人數(shù)為300人,平均分為60分,標(biāo)準(zhǔn)差為分,問各組人數(shù)及原始分?jǐn)?shù)區(qū)間都是怎樣的? 解:在正態(tài)分布下,99.73%的數(shù)據(jù)在3之間,全距為6。若分成五個等級組,
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