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文檔簡(jiǎn)介
《8.1成對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系》教案
【教材分析】
本節(jié)課選自《2019人教A版高中數(shù)學(xué)選擇性必修第三冊(cè)》,第七章《隨機(jī)變量及其分布
列》,本節(jié)課主本節(jié)課主要學(xué)習(xí)成對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系
本章主要學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)方面知識(shí),在之前學(xué)生已經(jīng)對(duì)統(tǒng)計(jì)相關(guān)的知識(shí)做了大概的了解,本節(jié)學(xué)
生要繼續(xù)探討的是變量之間的相關(guān)關(guān)系,變量之間有兩類關(guān)系;函數(shù)關(guān)系和相關(guān)關(guān)系,它
們的聯(lián)系與區(qū)別;并了解線性相關(guān)及相關(guān)系數(shù),為了解線性回歸的基本思想和方法以及求
回歸直線的方程和相關(guān)性檢驗(yàn)做準(zhǔn)備。
【教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】
課程目標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)
A.理解兩個(gè)變量的相關(guān)關(guān)系的概念;1.數(shù)學(xué)抽象:相關(guān)關(guān)系
B.會(huì)作散點(diǎn)圖,并利用散點(diǎn)圖判斷兩個(gè)變量之間是2.邏輯推理:相關(guān)系數(shù)公式推導(dǎo)
否具有相關(guān)關(guān)系;3.數(shù)學(xué)運(yùn)算:求相關(guān)系數(shù)
D.會(huì)根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷兩個(gè)變量的相關(guān)程度.4.數(shù)學(xué)建模:模型化思想
【重點(diǎn)與難點(diǎn)】
重點(diǎn):相關(guān)關(guān)系的概念及利用散點(diǎn)圖判斷兩個(gè)變量之間是否具有相關(guān)關(guān)系
難點(diǎn):根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷兩個(gè)變量的相關(guān)程度
【教學(xué)過(guò)程】
教學(xué)過(guò)程教學(xué)設(shè)計(jì)
一、問(wèn)題導(dǎo)學(xué)
我們知道,如果變量y是變量工的函數(shù),那么由X就可以唯一確定y.
然而,現(xiàn)實(shí)世界中還存在這樣的情況:兩個(gè)變量之間有關(guān)系,但密切程
度又達(dá)不到函數(shù)關(guān)系的程度.例如,人的體重與身高存在關(guān)系,但由一
個(gè)人的身高值并不能確定他的體重值,那么,該如何刻畫(huà)這兩個(gè)變量通過(guò)具體的問(wèn)題情
之間的關(guān)系呢?下面我們就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題.境,引發(fā)學(xué)生思考
二、探究新知積極參與互動(dòng),說(shuō)
我們知道,一個(gè)人的體重與他的身高有關(guān)系,一般而言,個(gè)子高的人往出自己見(jiàn)解。從而
往體重值較大,個(gè)子矮的人往往體重值較小,但身高并不是決定體重引入相關(guān)關(guān)系的概
的唯一因素,例如生活中的飲食習(xí)慣、體育鍛煉、睡眠時(shí)間以及遺傳念,發(fā)展學(xué)生邏輯
因素等也是影響體重的重要因素,像這樣,兩個(gè)變量有關(guān)系,但又沒(méi)有推理、數(shù)學(xué)運(yùn)算、
確切到可由其中的一個(gè)去精確地決定另一個(gè)的程度,這種關(guān)系稱為相數(shù)學(xué)抽象和數(shù)學(xué)建
關(guān)關(guān)系(correlation).模的核心素養(yǎng)。
兩個(gè)變量具有相關(guān)關(guān)系的事例在現(xiàn)實(shí)中大量存在,例如:
1.子女身高y與父親身高x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),父親的個(gè)子高,其
子女的個(gè)子也會(huì)比較高;父親個(gè)子矮,其子女的個(gè)子也會(huì)比較矮,但影
響子女身高的因素,除父親身高外還有其他因素,例如母親身高、飲
食結(jié)構(gòu)、體育鍛煉等,因此父親身高又不能完全決定子女身高.
2.商品銷售收人y與廣告支出x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),廣告支出越
多,商品銷售收入越高,但廣告支出并不是決定商品銷售收入的唯一
因素,商品銷售收入還與商品質(zhì)量、居民收入等因素有關(guān)。
3.空氣污染指數(shù)y與汽車保有量x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),汽車保有
量增加,空氣污染指數(shù)會(huì)上升,但汽車保有量并不是造成空氣污染的
唯一因素,氣象條件、工業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活和取暖、垃圾焚燒等
都是影響空氣污染指數(shù)的因素。
4.糧食畝產(chǎn)量y與施肥量x之間的關(guān)系,在一定范圍內(nèi),施肥量越大,
糧食畝產(chǎn)量就越高,但施肥量并不是決定糧食畝產(chǎn)量的唯一因索,糧
食畝產(chǎn)量還要受到土壤質(zhì)量、降水量、田間管理水平等因素的影
響。
變量的相關(guān)關(guān)系
相關(guān)關(guān)系是一種不確定性關(guān)系;相關(guān)關(guān)系是相對(duì)于函數(shù)關(guān)系而言的.
像這樣,兩個(gè)變量有關(guān)系,但又沒(méi)有確切到可由其中的一個(gè)去精確
地決定另一個(gè)的程度,這種關(guān)系稱為相關(guān)美系、
相關(guān)關(guān)系與函數(shù)關(guān)系的異同點(diǎn)
關(guān)系函數(shù)關(guān)系相關(guān)關(guān)系
項(xiàng)目
相同點(diǎn)都是兩個(gè)變量間的關(guān)系
不同點(diǎn)是一種確定關(guān)系是一種非確定關(guān)系
是一種因果關(guān)系不一定是因果關(guān)系,也可能是伴
隨關(guān)系
1.下列關(guān)系是相關(guān)關(guān)系的是_______.(填序號(hào))
①曲線上的點(diǎn)與該點(diǎn)的坐標(biāo)之間的關(guān)系;
②蘋(píng)果的產(chǎn)量與氣候之間的關(guān)系;
③森林中同一種樹(shù)木,其斷面直徑與高度之間的關(guān)系;
④學(xué)生與其學(xué)號(hào)之間的關(guān)系.
②③解析:利用相關(guān)關(guān)系的概念進(jìn)行判斷.①④中兩個(gè)變量之間
的關(guān)系是一種確定性關(guān)系,而②③中的兩個(gè)變量之間的關(guān)系是不確
定的,所以它們具有相關(guān)關(guān)系.
探窕1:在對(duì)人體的脂肪的含量和年齡之間關(guān)系的研究中,科研人員
獲得了一些年齡和脂肪含量的簡(jiǎn)單P逍機(jī)樣本數(shù)據(jù),如表所示,表中每
個(gè)編號(hào)下的年齡和脂肪含量數(shù)據(jù)都是對(duì)同一個(gè)體的觀測(cè)結(jié)果,它們構(gòu)
成了成對(duì)數(shù)據(jù)。
編號(hào)1234567
年齡23273941454950
脂肪9.517.821.225.927.526.328.2
編號(hào)891011121314
年齡53545657586061
脂肪29.630.231.430.833.535.234.6
根據(jù)以上數(shù)據(jù),你能推新人體的脂肪含量與年齡之間存在怎樣的關(guān)系通過(guò)問(wèn)題分析,讓
嗎?學(xué)生掌握判斷相關(guān)
成對(duì)樣本數(shù)據(jù)都可用直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)表示出來(lái),由這些點(diǎn)組成了關(guān)系與函數(shù)關(guān)系的
統(tǒng)計(jì)圖.我們我們把這樣的統(tǒng)計(jì)圖叫做散點(diǎn)圖區(qū)別與聯(lián)系。發(fā)展
學(xué)生邏輯推理,直
40
35
觀想象、數(shù)學(xué)抽象
30
25
和數(shù)學(xué)運(yùn)算的核心
20
15
10素養(yǎng)。
5
O
1
由散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn),這些散點(diǎn)大致落在一條從左下角到右上角的直
線附近,表明隨年齡值的增加,相應(yīng)的脂肪含量值呈現(xiàn)增高的趨勢(shì).
這樣,由成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分布規(guī)律,我們可以推斷脂肪含量變量和
年齡變量之間存在著相關(guān)關(guān)系.
變量相關(guān)關(guān)系的分類
(1)正相關(guān)和負(fù)相關(guān)
如果從整體上看,當(dāng)一個(gè)變量的值增加時(shí),另一個(gè)變量的相應(yīng)值也
呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),
我們就稱這兩個(gè)變量正棉關(guān)、當(dāng)一個(gè)變量的值增加時(shí),
另一個(gè)變量的相應(yīng)值也呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),稱這兩個(gè)變量線棚關(guān)、
正相關(guān):根據(jù)樣本數(shù)據(jù)所作得散點(diǎn)圖中,若點(diǎn)散布在從左下角到右
上角的區(qū)域。對(duì)于兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系,我們稱之為正相關(guān)。
負(fù)相關(guān):根據(jù)樣本數(shù)據(jù)所作得散點(diǎn)圖中,若點(diǎn)散布在從左上角到右
下角的區(qū)域。對(duì)于兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系,我們稱之為負(fù)相關(guān)。
①線性相關(guān):散點(diǎn)圖是描述成對(duì)數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種直觀方法.一般
地,如果兩個(gè)變量的取值呈現(xiàn)正相關(guān)或負(fù)相關(guān),而且散點(diǎn)落在一一
條直線附近,我們就稱這兩個(gè)變量線性相關(guān);
O
5
O
1
年齡/歲
②非線性相關(guān):一般地,如果兩個(gè)變量具有相關(guān)性,但不是線性相
關(guān),那么我們就稱這兩個(gè)變量非線性相關(guān)或曲線相關(guān).
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(2)(3)
探究2.通過(guò)觀察散點(diǎn)圖中成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分布規(guī)律,我們可以大致
推斷兩個(gè)變量是否存在相關(guān)關(guān)系、是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)、是線性相
關(guān)還是非線性相關(guān)等,散點(diǎn)圖雖然直觀,但無(wú)法確切地反映成對(duì)樣本
數(shù)據(jù)的相關(guān)程度,也就無(wú)法量化兩個(gè)變量之間相關(guān)程度的大小.能否
像引入平均值、方差等數(shù)字特征對(duì)單個(gè)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析那樣,引入
一個(gè)適當(dāng)?shù)摹皵?shù)字特征”,對(duì)成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)程度進(jìn)行定量分析
呢?通過(guò)具體的問(wèn)題情
境中的分析,深化
對(duì)于變量X和變量y,設(shè)經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽樣得到的成對(duì)數(shù)據(jù)為對(duì)相關(guān)系數(shù)的理
(x,y),(x,y),(x,y),解。發(fā)展學(xué)生邏輯
1122nn
推理,直觀想象、
?eq,-_尤1+&+…+Xn__月+丫2+…+%
Xn/n
數(shù)學(xué)抽象和數(shù)學(xué)運(yùn)
將數(shù)據(jù)以(元力為零點(diǎn)進(jìn)行平移,得到平移后的成對(duì)數(shù)據(jù)為:
算的核心素養(yǎng)。
(%1-元月-y),(x2-x,y2-y),…,(xn-x,yn-y)
繪制散點(diǎn)圖為
40f脂肪含量/%>
35
30
25
20
15
10
5
O
1
20253035404550556065年齡/歲
這時(shí)的散點(diǎn)大多數(shù)分布在第一象限、第三象限,大多數(shù)散點(diǎn)的橫、縱
坐標(biāo)同號(hào),顯然,這樣的規(guī)律是由人體脂肪含量與年齡正相關(guān)所決定
的。
探究3:根據(jù)上述分析,你能利用正相關(guān)變量和負(fù)相關(guān)變量的成對(duì)樣
本數(shù)據(jù)平移后星現(xiàn)的規(guī)律,構(gòu)造一個(gè)度量成對(duì)樣本數(shù)據(jù)是正相關(guān)還是
負(fù)相關(guān)的數(shù)字特征嗎?
根據(jù)散點(diǎn)圖特征,初步構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量.利用散點(diǎn)(%-元-y),。=
1,2,...n)的
橫縱坐標(biāo)是否同號(hào),可以構(gòu)造一個(gè)量
4=:[(x「x)(x-小12-x)(%-y)+…+(x“-X)(y“-y)]
一般情形下,L>0表明成對(duì)樣本數(shù)據(jù)正相關(guān);L<0表明成對(duì)樣本數(shù)
xyxy
據(jù)負(fù)相關(guān).
問(wèn)題1:L的大小一定能度量出成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)程度嗎?
xy
我們發(fā)現(xiàn),L的大小與數(shù)據(jù)的度量單位有關(guān),所以不能直接用它度
xy
量成對(duì)樣本數(shù)據(jù)相關(guān)程度的大小.
“以叫-叫(3-州嶺-叫(左肛”由叭-叫值班t嗎
在研究體重與身高之間的相關(guān)程度時(shí),如果體重的單位不變,把身高
單位由米改為厘米,單位的改變不會(huì)改變體重與身高之間的相關(guān)程
度.
為了消除單位的影響,進(jìn)一步做“標(biāo)準(zhǔn)化”處理為簡(jiǎn)單起見(jiàn),把上述
“標(biāo)準(zhǔn)化”處理后的成對(duì)數(shù)據(jù)分別記為
(xJ%'),(X2','),…,(Xn',yn')
仿照L的構(gòu)造,可以得到
xy
4KI;)(弘切+12:)(%切+…+(%-,(以切]
分別除%-元和%-雙i=1,2,3,…,n)得
(石一文。]一3、(%2一%力一g)一%Pn一歹]
f1
ISN,SyXS%SySxSy)
rin
用Sx='W?_三)2,Sy=,W(%_^2
Ji=l[i=l
樣本相關(guān)系數(shù)r是一個(gè)描述成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的數(shù)字特征,
它的正負(fù)和絕對(duì)值的大小可以反映成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的變化特征:
當(dāng)r>0時(shí),稱成對(duì)樣本數(shù)據(jù)正相關(guān);當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變小時(shí),另
一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常也變小;當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變大時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)
的值通常也變大。
當(dāng)r<0時(shí),稱成對(duì)樣本數(shù)據(jù)負(fù)相關(guān);當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變小時(shí),另
一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常會(huì)變大:當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變大時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)典型例題的分
的值通常會(huì)變小。析解決,提升學(xué)生
樣本相關(guān)系數(shù)對(duì)相關(guān)系數(shù)的理解
和運(yùn)用。發(fā)展
ExiVi-n^y
j=l_學(xué)生邏輯推理,直
*x「-nx*y「-ny觀想象、數(shù)學(xué)抽象
i=lYi=l
和數(shù)學(xué)運(yùn)算的核心
我們稱r為變量x和變量y的樣本相關(guān)系數(shù).
素養(yǎng)。
樣本相關(guān)系數(shù)r的取值范圍為[T,1],樣本相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值大
小可以反映成對(duì)樣本數(shù)據(jù)之間線性相關(guān)的程度:
當(dāng)Ir越接近1時(shí),成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的線性相關(guān)程度越強(qiáng);
當(dāng)Ir越接近0時(shí),成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的線性相關(guān)程度越弱.
樣本相關(guān)系數(shù)r有時(shí)也稱樣本線性相關(guān)系數(shù),|r|刻畫(huà)了樣本點(diǎn)集中
于某條直線的程度.當(dāng)r=0
時(shí),只表明成對(duì)樣本數(shù)據(jù)間沒(méi)有線性相關(guān)關(guān)系,但不排除它們之間
有其他相關(guān)關(guān)系.
3
2
E-0.05
(4)
二、典例解析
例1.根據(jù)下表中脂肪含量和年齡的樣本數(shù)據(jù),推斷兩個(gè)變量是否線
性相關(guān),計(jì)算樣本相關(guān)系數(shù),并推斷它們的相關(guān)程度.
年齡23273941454950
脂肪9.517.821.225.927.26.28.
532
年齡53545657586061
脂肪29.30.231.430.833.35.34.
6526
參考數(shù)據(jù):
_141414
x?48.07,SX27.26,Z天為=19403.2,2=34181,^y,2=11051.77
i=li=li=l
解:先畫(huà)出散點(diǎn)圖,如右圖所示觀察散點(diǎn)圖,
可以看出樣本點(diǎn)都集中在一條直線附近,
由此推斷脂肪含量和年齡線性相關(guān).
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
1414
E(xi-^)(yi-y)^XjYi-Uxy
??f—i=l—
請(qǐng)(力同摩行辱2
-14y2
圖xE
19403.2-14x48.07X27.26
?0.97
V34181-14x48.072XV11051.77-14x27.262
由樣本相關(guān)系數(shù)r^O.97,可以推斷脂肪含量和年齡這兩個(gè)變量正線
性相關(guān),且相關(guān)程度很強(qiáng)。脂肪含量與年齡變化趨勢(shì)相同
歸納總結(jié)
1.線性相關(guān)系數(shù)是從數(shù)值上來(lái)判斷變量間的線性相關(guān)程月乏,是定量
的方法.與散點(diǎn)圖相比較,線性相關(guān)系數(shù)要精細(xì)得多,需要注意的
是線性相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值小,只是說(shuō)明線性相關(guān)程度低,但不一
定不相關(guān),可能是非線性相關(guān).
2.利用相關(guān)系數(shù)r來(lái)檢驗(yàn)線性相關(guān)顯著性水平時(shí),通常匕30.75作
比較,若>0.75,則線性相關(guān)較為顯著,否則不顯著.
例2.有人收集了某城市居民年收入(所有居民在一年內(nèi)收:入的總
和)與A商品銷售額的10年數(shù)據(jù),如表所示.畫(huà)出散點(diǎn)圖,判斷成對(duì)
樣本數(shù)據(jù)是否線性相關(guān),并通過(guò)樣本相關(guān)系數(shù)推斷居民年收入與A
商品銷售額的相關(guān)程度和變化趨勢(shì)的異同.
第n1
123456789
年0
居民
年收3132353734444
32.238
入/億.1.9.8.193.66
元
A商445
品銷303437394124481
25.0
售額/.0.0.0.0.0.0
萬(wàn)元000
解:從散點(diǎn)圖看,A商品銷售額與居民年收入的樣本數(shù)據(jù)呈現(xiàn)線性
相關(guān)關(guān)系.
x=38,y=39,
101010
Zxj2=14665,=15835,2xjj=15170,
例3.在某校高一年級(jí)中隨機(jī)抽取25名男生,測(cè)得他們的身高、體
重、臂展等數(shù)據(jù),如下表所示.
解:通過(guò)計(jì)算得到體重與身高、臂展與身高的樣本相關(guān)系數(shù)分別約為
0.34和0.78,都為正相關(guān).其中,臂展與身高的相關(guān)程度更高.
■■■■E■?on?號(hào)E?>?H
161
1171l?9U1"
217971170ISI7?IM
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8170811?9182l70
9l*?S4IM]7t164
10177M17<1”173
11in69170173ICS
1217B?7inI1731<9
13174170
體重與身高、臂展與身高分別具有怎樣的相關(guān)性?
跟蹤訓(xùn)練1.由于往屆高三年級(jí)數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)方式大都是“刷題一
一講題一一再刷題”的模式,效果不理想.某市一中的數(shù)學(xué)課堂教
改采用了“記題型一一刷題一一檢測(cè)效果”的模式,并記錄了某學(xué)
生的記題型時(shí)間1(單位:h)與檢測(cè)效果y的數(shù)據(jù)如表所示.
t123456r
r93.33.64.44.85.2j.9
據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,y與t之間具有線性相關(guān)關(guān)系,請(qǐng)用相關(guān)系數(shù)r加以
說(shuō)明(若|r|20.75,則認(rèn)為y與t有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系,否則認(rèn)
為沒(méi)有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系).
參考公式及數(shù)據(jù):相關(guān)系數(shù)==
n______
Z(ti-t)(yi-y)
3—y尸
=7.08,Z(ti-t)(yi-y)=14,[198.24^14.08.
i=l
1+2+3+4+5+6+7
解:由題得t==4,
7
X(t.-t產(chǎn)=9+4+1+0+1+4+9=28,
i=l
3060
2550
40
1530
102葉??
510p,
01234567%01234567〃
圖1圖2
A.x與y正相關(guān),u與v正相關(guān)B.x與y正相關(guān),u與v負(fù)相關(guān)
C.x與y負(fù)相關(guān),u與v正相關(guān)D.x與y負(fù)相關(guān),u與v負(fù)相關(guān)
C解析:由題圖1可知,點(diǎn)散布在從左上角到右下角的區(qū)域,各點(diǎn)
整體呈遞減趨勢(shì),故x與y負(fù)相關(guān);
由題圖2可知,點(diǎn)散布在從左下角到右上角的區(qū)域,各點(diǎn)整體呈遞
增趨勢(shì),故u與v正相關(guān).
4.在建立兩個(gè)變量y與x的回歸模型中,分別選擇了4個(gè)不同模
型,它們的相關(guān)系數(shù)r有如下四個(gè)選項(xiàng),其中擬合得最好的模型為
()
A.模型1的相關(guān)系數(shù)r為0.75
B.模型2的相關(guān)系數(shù)r為0.55
C.模型3的相關(guān)系數(shù)r為。.25
D.模型4的相關(guān)系數(shù)r為0.90
D解析:D中相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值最接近1,相關(guān)性最強(qiáng),故選D.
5.假設(shè)關(guān)于某種設(shè)備的使用年限x(單位:年)與所支出的維修費(fèi)用
y(單位:萬(wàn)元)有如下統(tǒng)計(jì)資料:
X23456
y2.23.85.56.57.0
已知?;=90,23弋140.8,2>佻=112.3,乖七8.9,小
比1.4.
⑴求x,y;
(2)對(duì)x,y進(jìn)行線性相關(guān)性檢驗(yàn).
2+3+4+5+6
解:⑴x
—2.2+3.8+5.5+6.5+7.0
y-5f
5______
(2)Xxiyi-5-7=112.3—5X4X5=12.3,
i=l
5_
Zx:-5x2=90—5X42=10,
i=j
5_
Xy?~5y2=140.8-125=15.8,
i=l
12.312.312.3八…
所以rt1—i—I—?0.987.
^/10X15.8寸158
所以有把握認(rèn)為x與y之間具有線性相關(guān)關(guān)系,去求回歸直線方程
是有意義的.
四、小結(jié)
判斷變量的相關(guān)性通常有兩種方式:通過(guò)總結(jié),讓學(xué)生
1.散點(diǎn)圖;
進(jìn)一步鞏固本節(jié)所
2.相關(guān)系數(shù)r,
學(xué)內(nèi)容,提高概括
前者只能粗略地說(shuō)明變量間具有相關(guān)性,而后者可以從定量的角度
能力。
分析變量相關(guān)性的強(qiáng)弱.
【教學(xué)反思】
課后通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程的反思與研究,才能不斷完善教學(xué)設(shè)計(jì)中的不足,才能提升教材分析
的能力和課堂教學(xué)實(shí)效.
1.多元展示,多方評(píng)價(jià).在教學(xué)過(guò)程中我借問(wèn)題牽引,保證了課堂教學(xué)的順利實(shí)施;而在
整個(gè)過(guò)程中,我對(duì)學(xué)生所作練習(xí)、疑問(wèn)及時(shí)解析評(píng)價(jià);學(xué)生之間、小組之間的互相評(píng)價(jià)補(bǔ)
充,使學(xué)生共享成果分享喜悅,堅(jiān)定了學(xué)好數(shù)學(xué)的信念,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo).
2.創(chuàng)造性的使用教材.有別于教材,我在教學(xué)中,讓學(xué)生考察了分別考察了兩類題型之后
再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納,這樣更貼近學(xué)生的認(rèn)知水平,學(xué)生課后反饋,效果較為理想.
<8.1成對(duì)數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系》導(dǎo)學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.理解兩個(gè)變量的相關(guān)關(guān)系的概念;
2.會(huì)作散點(diǎn)圖,并利用散點(diǎn)圖判斷兩個(gè)變量之間是否具有相關(guān)關(guān)系;
3.會(huì)根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷兩個(gè)變量的相關(guān)程度.
【重點(diǎn)與難點(diǎn)】
重點(diǎn):相關(guān)關(guān)系的概念及利用散點(diǎn)圖判斷兩個(gè)變量之間是否具有相關(guān)關(guān)系
難點(diǎn):根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷兩個(gè)變量的相關(guān)程度
【知識(shí)梳理】
1.變量的相關(guān)關(guān)系
相關(guān)關(guān)系是一種不確定性關(guān)系;相關(guān)關(guān)系是相對(duì)于函數(shù)關(guān)系而言的.
像這樣,兩個(gè)變量有關(guān)系,但又沒(méi)有確切到可由其中的一個(gè)去精確地決定另一個(gè)的程度,
這種關(guān)系稱為相關(guān)關(guān)系、
相關(guān)關(guān)系與函數(shù)關(guān)系的異同點(diǎn)
關(guān)系函數(shù)關(guān)系相關(guān)關(guān)系
項(xiàng)目
相同點(diǎn)都是兩個(gè)變量間的關(guān)系
不同點(diǎn)是一種確定關(guān)系是一種非確定關(guān)系
是一種因果關(guān)系不一定是因果關(guān)系,也可能是伴隨關(guān)系
2.散點(diǎn)圖:成對(duì)樣本數(shù)據(jù)都可用直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)表示出來(lái),由這些點(diǎn)組成了統(tǒng)計(jì)圖.我們
我們把這樣的統(tǒng)計(jì)圖叫做散點(diǎn)圖。
3.正相關(guān)與負(fù)相關(guān)
(1)正相關(guān):根據(jù)樣本數(shù)據(jù)所作得散點(diǎn)圖中,若點(diǎn)散布在從左下角到右上角的區(qū)域。對(duì)于
兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系,我們稱之為正相關(guān)。
(2)負(fù)相關(guān):根據(jù)樣本數(shù)據(jù)所作得散點(diǎn)圖中,若點(diǎn)散布在從左上角到右下角的區(qū)域。對(duì)于
兩個(gè)變量的這種相關(guān)關(guān)系,我們稱之為負(fù)相關(guān)。
3.線性相關(guān)與非線性相關(guān)
①線性相關(guān):散點(diǎn)圖是描述成對(duì)數(shù)據(jù)之間關(guān)系的一種直觀方法.一般地,如果兩個(gè)變量的取
值呈現(xiàn)正相關(guān)或負(fù)相關(guān),而且散點(diǎn)落在一一條直線附近,我們就稱這兩個(gè)變量線性相關(guān);
但不是線性相關(guān),那么我們就稱這兩個(gè)
變量非線性相關(guān)或曲線相關(guān).
y
12
1010
88?,.
66??,.
44':.
22,
002468101214x002468101214x
(2)(3)
4.樣本相關(guān)系數(shù)
我們稱r為變量x和變量y的樣本相關(guān)系數(shù).
1.下列關(guān)系是相關(guān)關(guān)系的是.(填序號(hào))
①曲線上的點(diǎn)與該點(diǎn)的坐標(biāo)之間的關(guān)系;
②蘋(píng)果的產(chǎn)量與氣候之間的關(guān)系;
③森林中同一種樹(shù)木,其斷面直徑與高度之間的關(guān)系;
④學(xué)生與其學(xué)號(hào)之間的關(guān)系.
【學(xué)習(xí)過(guò)程】
一、問(wèn)題探究
我們知道,如果變量y是變量工的函數(shù),那么由x就可以唯一確定y.然而,現(xiàn)實(shí)世界中還存
在這樣的情況:兩個(gè)變量之間有關(guān)系,但密切程度又達(dá)不到函數(shù)關(guān)系的程度.例如,人的體重
與身高存在關(guān)系,但由一個(gè)人的身高值并不能確定他的體重值,那么,該如何刻畫(huà)這兩個(gè)變量
之間的關(guān)系呢?下面我們就來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題.
我們知道,一個(gè)人的體重與他的身高有關(guān)系,一般而言,個(gè)子高的人往往體重值較大,個(gè)子矮
的人往往體重值較小,但身高并不是決定體重的唯一因素,例如生活中的飲食習(xí)慣、體育鍛
煉、睡眠時(shí)間以及遺傳因素等也是影響體重的重要因素,像這樣,兩個(gè)變量有關(guān)系,但又沒(méi)有
確切到可由其中的一個(gè)去精確地決定另一個(gè)的程度,這種關(guān)系稱為相關(guān)關(guān)系(correlation).
兩個(gè)變量具有相關(guān)關(guān)系的事例在現(xiàn)實(shí)中大量存在,例如:
1.子女身高y與父親身高x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),父親的個(gè)子高,其子女的個(gè)子也會(huì)比較
高;父親個(gè)子矮,其子女的個(gè)子也會(huì)比較矮,但影響子女身高的因素,除父親身高外還有其他
因素,例如母親身高、飲食結(jié)構(gòu)、體育鍛煉等,因此父親身高又不能完全決定子女身高.
2.商品銷售收人y與廣告支出x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),廣告支出越多,商品銷售收入越高,
但廣告支出并不是決定商品銷售收入的唯一因素,商品銷售收入還與商品質(zhì)量、居民收入等
因素有關(guān)。
3.空氣污染指數(shù)y與汽車保有量x之間的關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),汽車保有量增加,空氣污染指數(shù)會(huì)
上升,但汽車保有量并不是造成空氣污染的唯一因素,氣象條件、工業(yè)生產(chǎn)排放、居民生活
和取曖、垃圾焚燒等都是影響空氣污染指數(shù)的因素。
4.糧食畝產(chǎn)量y與施肥量x之間的關(guān)系,在一定范圍內(nèi),施肥量越大,糧食畝產(chǎn)量就越高,但
施肥量并不是決定糧食畝產(chǎn)量的唯一因索,糧食畝產(chǎn)量還要受到土壤質(zhì)量、降水量、田間管
理水平等因素的影響。
探究1:在對(duì)人體的脂肪的含量和年齡之間關(guān)系的研究中,科研人員獲得了一些年齡和脂肪
含量的簡(jiǎn)單隨機(jī)樣本數(shù)據(jù),如表所示,表中每個(gè)編號(hào)下的年齡和脂肪含量數(shù)據(jù)都是對(duì)同一個(gè)
體的觀測(cè)結(jié)果,它們構(gòu)成了成對(duì)數(shù)據(jù)。
編號(hào)1234567
年齡23273941454950
脂肪9.517.821.225.927.526.328.2
編號(hào)891011121314
年齡53545657586061
脂肪29.630.231.430.833.535.234.6
根據(jù)以上數(shù)據(jù),你能推新人體的脂肪含量與年齡之間存在怎樣的關(guān)系嗎?
成對(duì)樣本數(shù)據(jù)都可用直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)表示出來(lái),由這些點(diǎn)組成了統(tǒng)計(jì)圖.我們我們把這樣
的統(tǒng)計(jì)圖叫做散點(diǎn)檄
40
35
30
25
20
15
10
5
O
1
20253035404550556065年齡/歲
由散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn),這些散點(diǎn)大致落在一條從左下角到右上角的直線附近,表明隨年齡值
的增加,相應(yīng)的脂肪含量值呈現(xiàn)增高的趨勢(shì).這樣,由成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分布規(guī)律,我們可以
推斷脂肪含量變量和年齡變量之間存在著相關(guān)關(guān)系.
變量相關(guān)關(guān)系的分類
(D正相關(guān)和負(fù)相關(guān)
如果從整體上看,當(dāng)一個(gè)變量的值增加時(shí),另一個(gè)變量的相應(yīng)值也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),
我們就稱這兩個(gè)變量正相關(guān)、當(dāng)一個(gè)變量的值增加時(shí),
另一個(gè)變量的相應(yīng)值也呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),稱這兩個(gè)變量徽相美?.
探究2.通過(guò)觀察散點(diǎn)圖中成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的分布規(guī)律,我們可以大致推斷兩個(gè)變量是否存在
相關(guān)關(guān)系、是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)、是線性相關(guān)還是非線性相關(guān)等,散點(diǎn)圖雖然直觀,但無(wú)法
確切地反映成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)程度,也就無(wú)法量化兩個(gè)變量之間相關(guān)程度的大小.能否像
引入平均值、方差等數(shù)字特征對(duì)單個(gè)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析那樣,引入一個(gè)適當(dāng)?shù)摹皵?shù)字特
征”,對(duì)成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)程度進(jìn)行定量分析呢?
對(duì)于變量x和變量y,設(shè)經(jīng)過(guò)隨機(jī)抽樣得到的成對(duì)數(shù)據(jù)為(x,y),(x,y),…,(x,y),
1122nn
甘木一X1+X2+…+Xn_y+y+-+y
具中x=------------2,y=2------n-------
nn
將數(shù)據(jù)以區(qū)刃為零點(diǎn)進(jìn)行平移,得到平移后的成對(duì)數(shù)據(jù)為:
X
(1-x,yi-y),(x2-X,y2-y),..(xn-x,yn-y)
繪制散點(diǎn)圖為
40
35
30
25
20
15
10
5
O
1
平移
這時(shí)的散點(diǎn)大多數(shù)分布在第一象限、第三象限,大多數(shù)散點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)同號(hào),顯然,這樣的
規(guī)律是由人體脂肪含量與年齡正相關(guān)所決定的。
探究3:根據(jù)上述分析,你能利用正相關(guān)變量和負(fù)相關(guān)變量的成對(duì)樣本數(shù)據(jù)平移后星現(xiàn)的規(guī)
律,構(gòu)造一個(gè)度量成對(duì)樣本數(shù)據(jù)是正相關(guān)還是負(fù)相關(guān)的數(shù)字特征嗎?
根據(jù)散點(diǎn)圖特征,初步構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量.利用散點(diǎn)(方-又)物-刃,。=L2,...n)的
橫縱坐標(biāo)是否同號(hào),可以構(gòu)造一個(gè)量
4=:[(*「司(弘5)+12-,(%…+(X"G)(y.J)]
一般情形下,L>0表明成對(duì)樣本數(shù)據(jù)正相關(guān);L〈0表明成對(duì)樣本數(shù)據(jù)負(fù)相關(guān).
xyxy
問(wèn)題1:L的大小一定能度量出成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的相關(guān)程度嗎?
xy
我們發(fā)現(xiàn),L的大小與數(shù)據(jù)的度量單位有關(guān),所以不能直接用它度量成對(duì)樣本數(shù)據(jù)相關(guān)程
xy
度的大小.
451啊網(wǎng)伉一。中叫10虱(程-Ji心叫一叫(瑪->?)]=叫
在研究體重與身高之間的相關(guān)程度時(shí),如果體重的單位不變,把身高單位由米改為厘米,單位
的改變不會(huì)改變體重與身高之間的相關(guān)程度.為了消除單位的影響,進(jìn)一步做“標(biāo)準(zhǔn)化”處
理為簡(jiǎn)單起見(jiàn),把上述“標(biāo)準(zhǔn)化”處理后的成對(duì)數(shù)據(jù)分別記為
(Xi',yi'),(X2',y2'),...,(Xn',yn')
仿照L的構(gòu)造,可以得到
xy
4=:[(*「今(弘~)+127)(%7)+?+(07)(人7)]
分別除x「天和%—y(i=1,2,3…,n)得(號(hào),號(hào)),(軍,號(hào)),…,(甘,號(hào))
1..................£(xi-x)(yi-y)國(guó)尸酉
1-11_1
r=;XJ+x2y2+…+X"£,)=In_2In_2=下=_2In-----------
酊-x)臥T唇"nx"ny
樣本相關(guān)系數(shù)r是一個(gè)描述成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的數(shù)字特征,
它的正負(fù)和絕對(duì)值的大小可以反映成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的變化特征:
當(dāng)r>0時(shí),稱成對(duì)樣本數(shù)據(jù)正相關(guān);當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變小時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常也變
小;當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變大時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常也變大。
當(dāng)「〈0時(shí)?,稱成對(duì)樣本數(shù)據(jù)負(fù)相關(guān);當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變小時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常會(huì)變
大:當(dāng)其中一個(gè)數(shù)據(jù)的值變大時(shí),另一個(gè)數(shù)據(jù)的值通常會(huì)變小。
樣本相關(guān)系數(shù)r的取值范圍為[T,1],樣本相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值大小可以反映成對(duì)樣本數(shù)
據(jù)之間線性相關(guān)的程度:
當(dāng)越接近1時(shí),成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的線性相關(guān)程度越強(qiáng);
當(dāng)S越接近0時(shí),成對(duì)樣本數(shù)據(jù)的線性相關(guān)程度越弱.
樣本相關(guān)系數(shù)r有時(shí)也稱樣本線性相關(guān)系數(shù),|r|刻畫(huà)了樣本點(diǎn)集中于某條直線的程度.當(dāng)
r=0
時(shí),只表明成對(duì)樣本數(shù)據(jù)間沒(méi)有線性相關(guān)關(guān)系,但不排除它們之間有其他相關(guān)關(guān)系.
-3?--------------??一
-4-2024x
n=0.24
(3)
二、典例解析
例1.根據(jù)下表中脂肪含量和年齡的樣本數(shù)據(jù),推斷兩個(gè)變量是否線性相關(guān),計(jì)算樣本相關(guān)系
數(shù),并推斷它們的相關(guān)程度.
年齡23273941454950
脂肪9.517.821.225.927.526.328.2
年齡53545657586061
脂肪29.630.231.430.833.535.234.6
參考數(shù)據(jù):
__141414
2
x?48.07,y?27.26,£xiyi=19403.2,=34181,=11051.77
/=!/=1i=l
1.線性相關(guān)系數(shù)是從數(shù)值上來(lái)判斷變量間的線性相關(guān)程度,是定量的方法.與散點(diǎn)圖相比
較,線性相關(guān)系數(shù)要精細(xì)得多,需要注意的是線性相關(guān)系數(shù)r的絕對(duì)值小,只是說(shuō)明線性
相關(guān)程度低,但不一定不相關(guān),可能是非線性相關(guān).
2.利用相關(guān)系數(shù)r來(lái)檢驗(yàn)線性相關(guān)顯著性水平時(shí),通常與0.75作比較,若[r|>0.75,則
線性相關(guān)較為顯著,否則不顯著.
例2.有人收集了某城市居民年收入(所有居民在一年內(nèi)收入的總和)與A商品銷售額的10
年數(shù)據(jù),如表所示.畫(huà)出散點(diǎn)圖,判斷成對(duì)樣本數(shù)據(jù)是否線性相關(guān),并通過(guò)樣本相關(guān)系數(shù)推
斷居民年收入與A商品銷售額的相關(guān)程度和變化趨勢(shì)的異同.
第n年12345678910
居民年收入/億
32.231.132.935.837.138394344.646
元
A商品銷售額/萬(wàn)
25.030.034.037.039.041.042.044.048.051.0
元
例3.在某校高一年級(jí)中隨機(jī)抽取25名男生,測(cè)得他們的身高、體重、臂展等數(shù)據(jù),如下表
所示
[體重/kg曾展/cm
90-----------190
85-----------185
180
175
170
165
160
155
165170175180185
185身高/cm
(1)
體重與身高、臂展與身高分別具有怎樣的相關(guān)性?
跟蹤訓(xùn)練1.由于往屆高三年級(jí)數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)方式大都是“刷題一一講題一一再刷題”的
模式,效果不理想.某市一中的數(shù)學(xué)課堂教改采用了“記題型一一刷題——檢測(cè)效果”的
模式,并記錄了某學(xué)生的記題型時(shí)間t(單位:h)與檢測(cè)效果y的數(shù)據(jù)如表所示.
t1234567
y2.93.33.64.44.85.25.9
據(jù)統(tǒng)計(jì)表明,y與t之間具有線性相關(guān)關(guān)系,請(qǐng)用相關(guān)系數(shù)r加以說(shuō)明(若Irl'O.75,則
認(rèn)為y與t有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系,否則認(rèn)為沒(méi)有很強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系).
E(ti-t)(yi-y)
i=1——
參考公式及數(shù)據(jù):相關(guān)系數(shù)r=/,y=4.3,工
A/E(tLt)、/(y.-y)2i=l
(yi—y)'=7.08,g(ti—t)(yi—y)=14,4198.24=14.08.
i=l
【達(dá)標(biāo)檢測(cè)】
1.判斷(正確的打“J”,錯(cuò)誤的打“X”).
(1)變量之間只有函數(shù)關(guān)系,不存在相關(guān)關(guān)系.()
(2)兩個(gè)變量之間產(chǎn)生相關(guān)關(guān)系的原因受許多不確定的隨機(jī)因素的影響.()
(3)兩個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)越大,它們的相關(guān)程度越強(qiáng).()
(4)若相關(guān)系數(shù)r=0,則兩變量x,y之間沒(méi)有關(guān)系.()
2.下列各圖中所示的兩個(gè)變量具有相關(guān)關(guān)系的是()
3.對(duì)變量x,y有觀測(cè)數(shù)據(jù)(xi,yj(i=l,2,3,…,10),得散點(diǎn)圖1;對(duì)變量u,v有觀測(cè)
數(shù)據(jù)(u、,v)(i=l,2,3,…,10),得散點(diǎn)圖2,由這兩個(gè)散點(diǎn)圖可以斷定()
30
25
20
15
10
5
01234567%
圖1圖2
A.x與y正相關(guān),u與v正相關(guān)B.x與y正相關(guān),u與v負(fù)相關(guān)
C.x與y負(fù)相關(guān),u與v正相關(guān)D.x與y負(fù)相關(guān),u與v負(fù)相關(guān)
4.在建立兩個(gè)變量y與x的回歸模型中,分別選擇了4個(gè)不同模型,它們的相關(guān)系數(shù)r有
如下四個(gè)選項(xiàng),其中擬合得最好的模型為()
A,模型1的相關(guān)系數(shù)r為0.75
B.模型2的相關(guān)系數(shù)r為0.55
C.模型3的相關(guān)系數(shù)r為0.25
D.模型4的相關(guān)系數(shù)r為0.90
5.假設(shè)關(guān)于某種設(shè)備的使用年限x(單位:年)與所支出的維修費(fèi)用y(單位:萬(wàn)元)有如下統(tǒng)
計(jì)資料:
X23456
y2.23.85.56.57.0
5
已知Zx:=90,〉'沁140.8,Zx,y;=112.3,乖48.9,正%1.4.
⑴求x,y;
(2)對(duì)x,y進(jìn)行線性相關(guān)性檢驗(yàn).
【課堂小結(jié)】
判斷變量的相關(guān)性通常有兩種方式:
1.散點(diǎn)圖;
2.相關(guān)系數(shù)r,
前者只能粗略地說(shuō)明變量間具有相關(guān)性,而后者可以從定量的角度分析變量相關(guān)性的強(qiáng)
弱.
【參考答案】
知識(shí)梳理
1.②③解析:利用相關(guān)關(guān)系的概念進(jìn)行判斷.①④中兩個(gè)變量之間的關(guān)系是一種確定性
關(guān)系,而②③中的兩個(gè)變量之間的關(guān)系是不確定的,所以它們具有相關(guān)關(guān)系.
學(xué)習(xí)過(guò)程
一、問(wèn)題探究
探究1:成對(duì)樣本數(shù)據(jù)都可用直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)表示出來(lái),由這些點(diǎn)組成了統(tǒng)計(jì)圖.我們我
們把這樣的統(tǒng)計(jì)圖叫做散點(diǎn)圖
40
35
30
25
20
15
10
5
O
1
問(wèn)題1:我們發(fā)現(xiàn),Lxy的大小與數(shù)據(jù)的度量單位有關(guān),所以不能直接用它度量成對(duì)樣本數(shù)據(jù)
相關(guān)程度的大小.
1a1a
4=口。映磯K必-i叫仙J)+TGTA磯匕->)]1嗎
二、典例解析
例1.解:先畫(huà)出散點(diǎn)圖,如右圖所示觀察散點(diǎn)圖,
可以看出樣本點(diǎn)都集中在一條直線附近,
由此推斷脂肪含量和年齡線性相關(guān).
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
14__14―
斗^XjYi-Uxy
必;;4胃崗1時(shí)
Vi=lVi=l
19403.2-14x48.07x27.26
'?V34181-14X48.072XV11051.77-14x27.262?'
由樣本相關(guān)系數(shù)r^O.97,可以推斷脂肪含量和年齡這兩個(gè)變量正線性相關(guān),且相關(guān)程度很
強(qiáng)。脂肪含量與年齡變化趨勢(shì)相同.
歸納總結(jié)
例2.解:從散點(diǎn)圖看,A商品銷售額與居民年收入的樣本數(shù)據(jù)呈現(xiàn)線性相關(guān)關(guān)系.
x=38,y=39,
101010
Zxi?=14665,捷2=15835,=15170,
i=li=1i=1
x0.95
例3.解:通過(guò)計(jì)算得到體重與身高、臂展與身高的樣本相關(guān)系數(shù)分別約為0.34和0.78,都
為正相關(guān).其中,臂展與身高的相關(guān)程度更高.
普展/cm
190
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