《金版學(xué)案》2014高考總復(fù)習(xí)(人教新課標(biāo),理科)配套精講課件第九章算法初步、統(tǒng)計(jì)與統(tǒng)計(jì)案例、概率第五節(jié)_第1頁
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第五節(jié)變量間的相關(guān)關(guān)系、統(tǒng)計(jì)案例第九章算法初步、統(tǒng)計(jì)與統(tǒng)計(jì)案例考綱要求1.會(huì)作兩個(gè)有關(guān)聯(lián)變量的數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖,會(huì)利用散點(diǎn)圖認(rèn)識(shí)變量間的相關(guān)關(guān)系.2.了解最小二乘法的思想,能根據(jù)給出的線性回歸方程系數(shù)公式建立線性回歸方程.3.了解下列兩種常用的統(tǒng)計(jì)方法,并能應(yīng)用這些方法解決一些實(shí)際問題.(1)獨(dú)立檢驗(yàn):了解獨(dú)立性檢驗(yàn)(只要求2×2列聯(lián)表)的基本思想、方法及其簡(jiǎn)單應(yīng)用.(2)回歸分析:了解回歸分析的基本思想、方法及其簡(jiǎn)單應(yīng)用.課前自修知識(shí)梳理1.散點(diǎn)圖.(1)將變量所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)描出來,就組成了變量之間的一個(gè)圖,這種圖為變量之間的________.(2)從散點(diǎn)圖上可以看出,如果變量之間存在著某種關(guān)系,這些點(diǎn)會(huì)有一個(gè)集中的大致趨勢(shì),這種趨勢(shì)可用一條光滑的曲線來近似,這種近似的過程稱為曲線擬合.2.相關(guān)關(guān)系.(1)從散點(diǎn)圖上看,點(diǎn)散布在從左下角到右上角的區(qū)域內(nèi),對(duì)于兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系,我們將它稱為________;點(diǎn)散布在從左上角到右下角的區(qū)域內(nèi),兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系稱為________.散點(diǎn)圖正相關(guān)負(fù)相關(guān)(2)線性相關(guān):從散點(diǎn)圖上看,如果這些點(diǎn)從整體上看大致分布在一條直線附近,則稱這兩個(gè)變量之間具有線性相關(guān)關(guān)系,這條直線叫做________.(3)若兩個(gè)變量x和y的散點(diǎn)圖中,所有點(diǎn)看上去都在某條曲線(不是一條直線)附近波動(dòng),則稱此相關(guān)是__________的.如果所有的點(diǎn)在散點(diǎn)圖中沒有顯示任何關(guān)系,則稱變量間是不相關(guān)的.3.回歸直線.(1)最小二乘法:如果有n個(gè)點(diǎn):(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)可以用下面的表達(dá)式來刻畫這些點(diǎn)與回歸直線的接近程度:[y1-(a+bx1)]2+[y2-(a+bx2)]2+…+[yn-(a+bxn)]2,使得上式達(dá)到最小值的就是我們要求的直線,這種方法稱為最小二乘法.回歸直線非線性相關(guān)(1)當(dāng)r>0時(shí),表明兩個(gè)變量________;(2)當(dāng)r<0時(shí),表明兩個(gè)變量________;(3)r的絕對(duì)值越接近1,表明兩個(gè)變量的線性相關(guān)性________;r的絕對(duì)值越接近于0,表明兩個(gè)變量之間幾乎不存在線性相關(guān)關(guān)系.通常當(dāng)|r|>0.75時(shí),認(rèn)為兩個(gè)變量有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系.當(dāng)|r|∈[0.3,0.75)時(shí),相關(guān)性一般.當(dāng)|r|∈[0,0.25]時(shí),相關(guān)性較弱.正相關(guān)負(fù)相關(guān)越強(qiáng)

5.殘差分析.

(1)線性回歸模型:y=bx+a+e中,a,b稱為模型的未知參數(shù);e稱為隨機(jī)誤差.

(2)殘差平方和:對(duì)于樣本點(diǎn)(xi,yi)(i=1,2,…,n),Q=稱為殘差平方和,Q值越小,說明線性回歸模型的擬合效果越好.

(3)相關(guān)指數(shù):用相關(guān)指數(shù)R2來刻畫回歸的效果,公式是R2=1-.R2的值越大,說明殘差平方和越小,也就是說模型擬合效果________.越好6.獨(dú)立性檢驗(yàn).(1)若變量的不同“值”表示個(gè)體所屬的不同類型,則這類變量稱為分類變量.(2)列出兩個(gè)分類變量的頻數(shù)表,稱為列聯(lián)表.(3)利用隨機(jī)變量K2來確定在多大程度上可以認(rèn)為“兩個(gè)分類變量有關(guān)系”的方法稱為兩個(gè)分類變量的____________________.獨(dú)立性檢驗(yàn)2×2列聯(lián)表獨(dú)立性檢驗(yàn)公式K2=__________________________________.y1y2總計(jì)x1aba+bx2cdc+d總計(jì)a+cb+da+b+c+d基礎(chǔ)自測(cè)1.下列命題:①任何兩個(gè)變量都具有相關(guān)關(guān)系;②圓的周長(zhǎng)與該圓的半徑具有相關(guān)關(guān)系;③某商品的需求與該商品的價(jià)格是一種非確定性關(guān)系;④根據(jù)散點(diǎn)圖求得的回歸直線方程可能是沒有意義的;⑤兩個(gè)變量間的相關(guān)關(guān)系可以通過回歸直線,把非確定性問題轉(zhuǎn)化為確定性問題進(jìn)行研究.其中正確的命題為(

)A.①③④

B.②④⑤C.③④⑤

D.②③⑤答案:C2.用獨(dú)立性檢驗(yàn)來考察兩個(gè)變量x與y是否有關(guān)系,當(dāng)統(tǒng)計(jì)量K2的值(

)A.越大,“x與y是有關(guān)系的”成立可能性越小B.越大,“x與y是有關(guān)系的”成立可能性越大C.越小,“x與y是沒有關(guān)系的”成立可能性越小D.與“x與y有關(guān)系”成立的可能性無關(guān)答案:B3.(2012·湛江市二模)通過隨機(jī)詢問110名大學(xué)生是否愛好某項(xiàng)運(yùn)動(dòng),得到如下的列聯(lián)表:由上表算得k≈7.8,因此得到的正確結(jié)論是(

)男女總計(jì)愛好402060不愛好203050總計(jì)6050110A.在犯錯(cuò)誤的概率不超過0.1%的前提下,認(rèn)為“愛好該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)與性別有關(guān)”B.在犯錯(cuò)誤的概率不超過0.1%的前提下,認(rèn)為“愛好該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)與性別無關(guān)”C.有99%以上的把握認(rèn)為“愛好該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)與性別有關(guān)”D.有99%以上的把握認(rèn)為“愛好該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)與性別無關(guān)”解析:根據(jù)K2的臨界值表和獨(dú)立性檢驗(yàn)的概念知,選項(xiàng)C正確.答案:C(2011·遼寧卷)調(diào)查了某地若干戶家庭的年收入x(單位:萬元)和年飲食支出y(單位:萬元),調(diào)查顯示年收入x與年飲食支出y具有線性相關(guān)關(guān)系,并由調(diào)查數(shù)據(jù)得到y(tǒng)對(duì)x的回歸直線方程:=0.254x+0.321.由回歸直線方程可知,家庭年收入每增加1萬元,年飲食支出平均增加________萬元.解析:由題意得

2-1=[0.254(x+1)+0.321]-[0.254x+0.321]=0.254,即家庭年收入每增加1萬元,年飲食支出平均增加0.254萬元.答案:0.254考點(diǎn)探究考點(diǎn)一利用散點(diǎn)圖判斷兩個(gè)變量的相關(guān)關(guān)系【例1】

(1)觀察下列各圖形:其中兩個(gè)變量x,y具有相關(guān)關(guān)系的圖形是(

)A.①②

B.①④C.①②④

D.②③④(2)下表是某地的年降雨量

y(單位:mm)與年平均氣溫x(單位:℃)的數(shù)據(jù)資料,兩者是(

)年平均氣溫x/℃12.5112.8412.8413.6913.3312.7413.05年降雨量y/mm748542507813574701432A.正相關(guān)關(guān)系B.負(fù)相關(guān)關(guān)系C.非線性相關(guān)關(guān)系D.不具有相關(guān)關(guān)系點(diǎn)評(píng):(1)在散點(diǎn)圖中,如果所有的樣本點(diǎn)都落在某一函數(shù)的曲線上,就用該函數(shù)來描述變量之間的關(guān)系,即變量之間具有函數(shù)關(guān)系.如果所有的樣本點(diǎn)都落在某一函數(shù)的曲線附近,變量之間就有相關(guān)關(guān)系.如果所有的樣本點(diǎn)都落在某一直線附近,變量之間就有線性相關(guān)關(guān)系.(2)散點(diǎn)圖的最大優(yōu)點(diǎn)就是直觀,并且制作散點(diǎn)圖也較為方便,因此散點(diǎn)圖在判斷兩個(gè)變量是否相關(guān)的過程中起著重要作用.散點(diǎn)圖是判斷兩個(gè)變量是否相關(guān)的方法之一,至于相關(guān)性的強(qiáng)弱還要利用相關(guān)系數(shù)來判斷.解析:(1)相關(guān)關(guān)系有兩種情況:所有點(diǎn)看上去都在一條直線附近波動(dòng),是線性相關(guān);若所有點(diǎn)看上去都在某條曲線(不是一條直線)附近波動(dòng),是非線性相關(guān).由圖可以看出,①②是線性相關(guān),④是非線性相關(guān)的.只有③是不相關(guān)的.故選C.(2)以x軸為年平均氣溫,y軸為年降雨量,可得相應(yīng)的散點(diǎn)圖如圖所示.由圖可以看出某地的年降雨量(mm)與年平均氣溫(℃)不具有相關(guān)關(guān)系.故選D.答案:(1)C

(2)D變式探究1.(1)有五組變量:①汽車的重量和汽車每消耗1升汽油所行使的平均路程;②平均日學(xué)習(xí)時(shí)間和平均學(xué)習(xí)成績(jī);③某人每日吸煙量和身體健康情況;④圓的半徑與面積;⑤汽車的重量和每公里耗油量.其中兩個(gè)變量成正相關(guān)的是(

)A.①③

B.②④C.②⑤

D.④⑤(2)有10名同學(xué)高一(x)和高二(y)的數(shù)學(xué)成績(jī)?nèi)缦拢簞t兩個(gè)變量x和y(

) A.沒有相關(guān)關(guān)系B.有正相關(guān)關(guān)系C.有負(fù)相關(guān)關(guān)系D.無法判斷高一成績(jī)x74717268767367706574高二成績(jī)y76757170767965776272解析:(1)由正相關(guān)與負(fù)相關(guān)的概念知②⑤是正相關(guān),①③是負(fù)相關(guān),④為函數(shù)關(guān)系.故選C.(2)以高一成績(jī)?yōu)閤軸,高二成績(jī)?yōu)閥軸,畫出散點(diǎn)圖如圖,可以看出,這些點(diǎn)在一條直線附近波動(dòng),且y隨著x增加而增加,所以x與y有正相關(guān)關(guān)系.故選B.答案:(1)C

(2)B考點(diǎn)二求回歸直線方程【例2】

某工廠某產(chǎn)品產(chǎn)量與單位成本成線性相關(guān)關(guān)系,數(shù)據(jù)如下:根據(jù)以上數(shù)據(jù)求線性回歸方程.月份產(chǎn)量x/千件單位成本y/(元/件)x2xy127341462372921634711628443739219546916276656825340合計(jì)21426791481點(diǎn)評(píng):(1)最小二乘法是一種有效地求回歸方程的方法,它保證了各點(diǎn)與此直線在整體上最接近,最能反映樣本觀測(cè)數(shù)據(jù)的規(guī)律.(2)用最小二乘法求回歸直線方程的步驟:①判斷是否線性相關(guān),可用散點(diǎn)圖判斷,也可以用殘差分析、相關(guān)指數(shù)判斷;②如果是線性相關(guān),先計(jì)算的值,再代入公式的值;③寫出直線回歸方程.變式探究如表,其提供了某廠節(jié)能降耗技術(shù)改造生產(chǎn)甲產(chǎn)品過程中記錄的產(chǎn)量x(單位:噸)與相應(yīng)的生產(chǎn)能耗y(單位:噸標(biāo)準(zhǔn)煤)的幾組對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù).

(1)請(qǐng)畫出表中數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖;(2)請(qǐng)根據(jù)表中提供的數(shù)據(jù),用最小二乘法求出y關(guān)于x的回歸方程=.x3456y2.5344.5解析:(1)依題設(shè)所給數(shù)據(jù),可得散點(diǎn)圖如圖.考點(diǎn)三利用回歸直線方程對(duì)總體進(jìn)行估計(jì)【例3】營(yíng)養(yǎng)學(xué)家為研究食物中蛋白質(zhì)含量對(duì)嬰幼兒生長(zhǎng)的影響,調(diào)查了一批年齡在兩個(gè)月到三歲的嬰幼兒,將他們按食物中蛋白質(zhì)含量的高低分為高蛋白食物組和低蛋白食物組兩組,并測(cè)量身高,得到下面的數(shù)據(jù):高蛋白食物組:年齡0.20.50.8111.41.8222.52.532.7身高5454.363666973828380.39193.29494低蛋白食物組:身高與年齡近似有線性關(guān)系,檢驗(yàn):不同食物的嬰幼兒的身高有無差異;若存在,這種差異有何特點(diǎn).年齡0.40.7111.5222.42.831.31.80.23身高52556163.46668.567.972767465695177對(duì)低蛋白食物組,設(shè)年齡為x,身高為y,同樣可得線性回歸方程=51.226+8.686x,通過對(duì)斜率、截距進(jìn)行比較,可以看出不同食物對(duì)嬰兒的身高有顯著的差異,且高蛋白食物組同齡嬰幼兒身高明顯高些.點(diǎn)評(píng):線性回歸分析的主要作用是通過對(duì)兩個(gè)變量已有數(shù)據(jù)的分析,來預(yù)測(cè)這兩個(gè)變量的變化趨勢(shì),一般步驟是:①進(jìn)行線性相關(guān)性檢驗(yàn);②如果具有線性相關(guān)性,求出線性回歸方程;③將觀測(cè)值代入回歸方程進(jìn)行預(yù)測(cè).變式探究3.某班5名學(xué)生的數(shù)學(xué)和物理成績(jī)?nèi)缦卤恚?1)畫出散點(diǎn)圖;(2)求物理成績(jī)y對(duì)數(shù)學(xué)成績(jī)x的回歸直線方程;(3)一名學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)是96,試預(yù)測(cè)他的物理成績(jī).學(xué)生ABCDE

數(shù)學(xué)成績(jī)x/分8876736663物理成績(jī)y/分7865716461解析:(1)散點(diǎn)圖如圖.考點(diǎn)四獨(dú)立性檢驗(yàn)序號(hào)123456789數(shù)學(xué)成績(jī)957580949265678498序號(hào)101112131415161718數(shù)學(xué)成績(jī)716793647877905783【例4】

某學(xué)校課題組為了研究學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)之間的關(guān)系,隨機(jī)抽取高二年級(jí)20名學(xué)生某次考試成績(jī)(滿分100分)如下表所示序號(hào)123456789物理成績(jī)906372879171588293序號(hào)101112131415161718物理成績(jī)817782488569916184若單科成績(jī)85分以上(含85分),則該科成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀.(1)根據(jù)上表完成下面的2×2列聯(lián)表(單位:人).數(shù)學(xué)成績(jī)優(yōu)秀數(shù)學(xué)成績(jī)不優(yōu)秀

合計(jì)物理成績(jī)優(yōu)秀物理成績(jī)不優(yōu)秀合

計(jì)20(2)根據(jù)題(1)中表格的數(shù)據(jù)計(jì)算,有多大的把握,認(rèn)為學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)之間有關(guān)系?(3)若從這20個(gè)人中抽出1人來了解有關(guān)情況,求抽到的學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)至少有一門不優(yōu)秀的概率.參考數(shù)據(jù)①假設(shè)有兩個(gè)分類變量X和Y,它們的值域分別為{x1,x2}和{y1,y2},其樣本頻數(shù)列聯(lián)表(稱為2×2列聯(lián)表)為:則隨機(jī)變量K2=,其中n=a+b+c+d為樣本容量;y1y2合計(jì)x1aba+bx2cdc+d合計(jì)a+cb+da+b+c+d②獨(dú)立檢驗(yàn)隨機(jī)變量K2的臨界值參考表:P(K2≥k0)0.500.400.250.150.100.050.0250.0100.0050.001k00.4550.7081.3232.0722.7063.8415.0246.6357.87910.828解析:(1)2×2列聯(lián)表為(單位:人):數(shù)學(xué)成績(jī)優(yōu)秀數(shù)學(xué)成績(jī)不優(yōu)秀合計(jì)物理成績(jī)優(yōu)秀

5

27物理成績(jī)不優(yōu)秀

1

1213合計(jì)

6

1420(2)提出假設(shè)H0:學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)之間沒有關(guān)系.根據(jù)列聯(lián)表可以求得K

2=≈8.802>7.879.當(dāng)H0成立時(shí),P(K2>7.879)=0.005.所以我們有99.5%的把握認(rèn)為學(xué)生的數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)之間有關(guān)系.(3)由(1)可知數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)都優(yōu)秀的學(xué)生的人數(shù)為5人,則數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)至少有一門不優(yōu)秀的學(xué)生人數(shù)為15人.故從20名學(xué)生中抽出1名,抽到的學(xué)生數(shù)學(xué)成績(jī)與物理成績(jī)至少有一門不優(yōu)秀的概率為=.點(diǎn)評(píng):獨(dú)立性檢驗(yàn)的一般步驟:(1)列出2×2列聯(lián)表,假設(shè)兩個(gè)變量無關(guān)系;(2)根據(jù)公式K2=計(jì)算K2的值;(3)比較K2與臨界值的大小關(guān)系作出統(tǒng)計(jì)推斷.變式探究(2012·羅定中學(xué)模擬)某研究小組為了研究中學(xué)生的身體發(fā)育情況,在某學(xué)校隨機(jī)抽出20名15至16周歲的男生,將他們的身高和體重制成2×2的列聯(lián)表,根據(jù)列聯(lián)表的數(shù)據(jù),可以有____________%的把握認(rèn)為該學(xué)校15至16周歲的男生的身高和體重之間有關(guān)系.超重不超重合計(jì)偏高415不偏高31215合計(jì)71320附:獨(dú)立性檢驗(yàn)臨界值表:

獨(dú)立性檢驗(yàn)隨機(jī)變量K2值的計(jì)算公式:P(K2≥k0)0.0250.0100.0050.001k05.0246.6357.87910.828解析:K2=≈5.934>5.024,由K2的臨界值表可知,有97.5%的把握認(rèn)為該學(xué)校15至16周歲的男生的身高和體重之間有關(guān)系.答案:97.5課時(shí)升華1.對(duì)兩個(gè)變量的線性關(guān)系情況的判斷有兩個(gè)方法:一是根據(jù)散點(diǎn)圖,這種方法是從圖形上粗略地觀察,比較直觀、簡(jiǎn)單易行,但往往對(duì)相關(guān)程度刻畫得不夠準(zhǔn)確;二是計(jì)算相關(guān)系數(shù)法,這種方法能比較準(zhǔn)確地反映相關(guān)程度,相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值越接近1,相關(guān)性就越強(qiáng),相關(guān)系數(shù)就是描述相關(guān)性強(qiáng)弱的,相關(guān)性有正相關(guān)和負(fù)相關(guān),強(qiáng)相關(guān)和弱相關(guān).2.建立回歸模型的步驟:(1)確定研究對(duì)象,明確解釋變量和預(yù)報(bào)變量;(2)畫出散點(diǎn)圖,觀察它們之間的關(guān)系(如是否具有線性相關(guān)關(guān)系);(3)由經(jīng)驗(yàn)確定回歸方程的類型,主要是線性回歸模型;(4)用最小二乘法求線性回歸方程;(5)最后是相關(guān)性檢驗(yàn),若存在異常,則檢查數(shù)據(jù)是否有誤,或模型是否合適.3.利用獨(dú)立性檢驗(yàn)可以考查兩個(gè)分類變量是否有關(guān)系,并能較為準(zhǔn)確地給出這種判斷的可信度.具體做法是根據(jù)公式,計(jì)算隨機(jī)變量的觀測(cè)值k,k值越大,說明“兩個(gè)變量有關(guān)系”的可能性越大.感悟高考品味高考1.(2012·湖南卷)設(shè)某大學(xué)的女生體重y(單位:kg)與身高x(單位:cm)具有線性相關(guān)關(guān)系,根據(jù)一組樣本數(shù)據(jù)(xi,yi)(i=1,2,…,n),用最小二乘法建立的回歸方程為=0.85x-85.71,則下列結(jié)論中不正確的是(

)A.y與x具有正的線性相關(guān)關(guān)系B.回歸直線過樣本點(diǎn)的中心(,)C.若該大學(xué)某女生身高增加1cm,則其體重約增加0.85kgD.若該大學(xué)某女生身高為170cm,則可斷定其體重必為58.79kg解析:根據(jù)回歸方程的概念和性質(zhì)知選項(xiàng)A,B,C三項(xiàng)均正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤,線性回歸方程只能預(yù)測(cè)學(xué)生的體重.選項(xiàng)D應(yīng)改為“若該大學(xué)某女生身高為170cm,則估計(jì)其體重大約為58.79kg”.答案:D2.某電視臺(tái)在一次對(duì)收看文藝節(jié)目和新聞節(jié)目觀眾的抽樣調(diào)查中,隨機(jī)抽取了100名電視觀眾,相關(guān)的數(shù)據(jù)如下表所示:(1)由表中數(shù)據(jù)直觀分析,收看新聞節(jié)目的觀眾是否與年齡有關(guān)?(2)用分層抽樣方法在收看新聞節(jié)目的觀眾中隨機(jī)抽取5名大于40歲的觀眾應(yīng)該抽取幾名?(3)在上述抽取的5名觀眾中任取2名,求恰有1名觀眾年齡為20至40歲的概率.文藝節(jié)目新聞節(jié)目總計(jì)20至40歲401858大于40歲152742總計(jì)5545100解析:(1)有關(guān).收看新聞節(jié)目多為年齡大的.(2)應(yīng)抽取的人數(shù)為:5×=3(人).(3)由(2)知,抽取的5名觀眾中,有2名觀眾年齡處于20至40歲,3名觀眾的年齡大于40歲.記大于40歲的人為a1,a2,a3,20至40歲的人為b1,b2,則從5人中抽取2人的基本事件有(a1,a2),(a1,a3),(a2,a3),(b1,b2),(a1,b1),(a1,b2),(a2,b1),(a2,b2),(a3,b1),(a3,b2),共10個(gè),其中恰有1人為20至40歲的基本事件有(a1,b1),(a1,b2),(a2,b1),(a2,b2),(a3,b1),(a3,b2),共6個(gè),因此所求的概率P==.=高考預(yù)測(cè)1.(2012·江門市一模)有人收集了春節(jié)期間平均氣溫x與某取暖商品銷售額y的有關(guān)數(shù)據(jù)如下表:

根據(jù)以上數(shù)據(jù),用線性回歸的方法,求得銷售額y與平均氣溫x之間線性回歸方程y=x+的系數(shù)=-2.4,則預(yù)測(cè)平均氣溫

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