2020版高考数学大一轮复习 第十章 算法、统计与统计案例 10.4 变量的相关性、统计案例
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1、10.4变量的相关性、统计案例最新考纲考情考向分析1.会作两个相关变量的数据的散点图,会利用散点图认识变量间的相关关系.2.了解最小二乘法的思想,能根据给出的线性回归方程系数公式建立线性回归方程.3.了解独立性检验的基本思想、方法及其初步应用.4.了解回归分析的基本思想、方法及简单应用.回归分析,独立性检验是全国卷高考重点考查的内容,必考一个解答题,选择、填空题中也会出现.主要考查回归方程,相关系数,利用回归方程进行预测,独立性检验的应用等.1.变量间的相关关系2.散点图以一个变量的取值为横坐标,另一个变量的相应取值为纵坐标,在直角坐标系中描点,这样的图形叫做散点图.3.回归直线方程与回归分析
2、(1)直线方程 abx,叫做Y对x的回归直线方程,b叫做回归系数.要确定回归直线方程,只要确定a与回归系数b.(2)用最小二乘法求回归直线方程中的a,b有下列公式 , ,其中的 , 表示是由观察值按最小二乘法求得的a,b的估计值.(3)相关性检验计算相关系数r,r具有以下性质:|r|1,并且|r|越接近1,线性相关程度越强;|r|越接近0,线性相关程度越弱;|r|r0.05,表明有95%的把握认为x与Y之间具有线性相关关系,回归直线方程有意义;否则寻找回归直线方程毫无意义.4.独立性检验(1)22列联表:B合计An11n12n1n21n22n2合计n1n2n其中n1n11n12,n2n21n2
3、2,n1n11n21,n2n12n22,nn11n12n21n22.(2)2统计量:2.(3)两个临界值:3.841与6.635当23.841时,有95%的把握说事件A与B有关;当26.635时,有99%的把握说事件A与B有关;当23.841时,认为事件A与B是无关的.概念方法微思考1.变量的相关关系与变量的函数关系有什么区别?提示相同点:两者均是指两个变量的关系.不同点:函数关系是一种确定的关系,相关关系是一种非确定的关系.函数关系是一种因果关系,而相关关系不一定是因果关系,也可能是伴随关系.2.如何判断两个变量间的线性相关关系?提示散点图中点的分布从整体上看大致在一条直线附近,或者通过计算
4、相关系数作出判断.3.独立性检验的基本步骤是什么?提示列出22列联表,计算2值,根据临界值表得出结论.4.回归直线方程是否都有实际意义?根据回归直线方程进行预报是否一定准确?提示(1)不一定都有实际意义.回归分析是对具有相关关系的两个变量进行统计分析的方法,只有在散点图大致呈线性时,求出的回归直线方程才有实际意义,否则,求出的回归直线方程毫无意义.(2)根据回归方程进行预报,仅是一个预报值,而不是真实发生的值.题组一思考辨析1.判断下列结论是否正确(请在括号中打“”或“”)(1)相关关系与函数关系都是一种确定性的关系,也是一种因果关系.()(2)“名师出高徒”可以解释为教师的教学水平与学生的水
5、平成正相关关系.()(3)只有两个变量有相关关系,所得到的回归模型才有预测价值.()(4)某同学研究卖出的热饮杯数y与气温x()之间的关系,得回归直线方程2.352x147.767,则气温为2时,一定可卖出143杯热饮.()(5)事件X,Y关系越密切,则由观测数据计算得到的2的值越大()题组二教材改编2.为调查中学生近视情况,测得某校男生150名中有80名近视,在140名女生中有70名近视.在检验这些学生眼睛近视是否与性别有关时,用下列哪种方法最有说服力()A.回归分析 B.期望与方差C.独立性检验 D.概率答案C解析“近视”与“性别”是两类变量,其是否有关,应用独立性检验判断.3.下面是22
6、列联表:y1y2合计x1a2173x2222547合计b46120则表中a,b的值分别为()A.94,72 B.52,50C.52,74 D.74,52答案C解析a2173,a52.又a22b,b74.4.某车间为了规定工时定额,需要确定加工零件所花费的时间,为此进行了5次试验.根据收集到的数据(如下表),由最小二乘法求得回归方程0.67x54.9.零件数x(个)1020304050加工时间y(min)62758189现发现表中有一个数据看不清,请你推断出该数据的值为_.答案68解析由30,得0.673054.975.设表中的“模糊数字”为a,则62a758189755,a68.题组三易错自纠
7、5.某医疗机构通过抽样调查(样本容量n1 000),利用22列联表和2统计量研究患肺病是否与吸烟有关.计算得24.453,经查阅临界值表知P(23.841)0.05,现给出四个结论,其中正确的是()A.在100个吸烟的人中约有95个人患肺病B.若某人吸烟,那么他有95%的可能性患肺病C.有95%的把握认为“患肺病与吸烟有关”D.只有5%的把握认为“患肺病与吸烟有关”答案C解析由已知数据可得,有10.0595%的把握认为“患肺病与吸烟有关”.6.在一次考试中,5名学生的数学和物理成绩如下表:(已知学生的数学和物理成绩具有线性相关关系)学生的编号i12345数学成绩x8075706560物理成绩y
8、7066686462现已知其回归直线方程为0.36x,则根据此线性回归方程估计数学得90分的同学的物理成绩为_.(四舍五入到整数)答案73解析70,66,所以660.3670,40.8,即回归直线方程为0.36x40.8.当x90时,0.369040.873.273.题型一相关关系的判断例1 (1)观察下列各图形,其中两个变量x,y具有相关关系的图是()A. B. C. D.答案C解析由散点图知中的点都分布在一条直线附近.中的点都分布在一条曲线附近,所以中的两个变量具有相关关系.(2)(2018沈阳质检)根据下面给出的2004年至2013年我国二氧化硫排放量(单位:万吨)的柱形图.以下结论不正
9、确的是()A.逐年比较,2008年减少二氧化硫排放量的效果最显著B.2007年我国治理二氧化硫排放显现成效C.2006年以来我国二氧化硫年排放量呈减少趋势D.2006年以来我国二氧化硫年排放量与年份正相关答案D解析从2006年,将每年的二氧化硫排放量与前一年作差比较,得到2008年二氧化硫排放量与2007年排放量的差最大,A选项正确;2007年二氧化硫排放量较2006年降低了很多,B选项正确;虽然2011年二氧化硫排放量较2010年多一些,但自2006年以来,整体呈递减趋势,C选项正确;自2006年以来我国二氧化硫年排放量与年份负相关,D选项错误,故选D.思维升华 判定两个变量正,负相关性的方
10、法(1)画散点图:点的分布从左下角到右上角,两个变量正相关;点的分布从左上角到右下角,两个变量负相关.(2)相关系数:当r0时,正相关;当r0时,正相关;当 0时,负相关跟踪训练1在一组样本数据(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn)(n2,x1,x2,xn不全相等)的散点图中,若所有样本点(xi,yi)(i1,2,n)都在直线yx1上,则这组样本数据的样本相关系数为()A.1 B.0C. D.1答案A解析完全的线性关系,且为负相关,故其相关系数为1,故选A.题型二回归分析命题点1线性回归分析例2 下图是我国2011年至2017年生活垃圾无害化处理量(单位:亿吨)的折线图.注:年份代码1
11、7分别对应年份20112017.(1)由折线图看出,可用线性回归模型拟合y与t的关系,请用相关系数加以说明;(2)建立y关于t的回归方程(系数精确到0.01),预测2019年我国生活垃圾无害化处理量.附注:参考数据:i9.32,iyi40.17,0.55,2.646.参考公式:相关系数r,回归方程t中斜率和截距的最小二乘估计公式分别为:, .解(1)由折线图中数据和附注中参考数据得4,(ti)228, 0.55.(ti)(yi)iyii40.1749.322.89,所以r0.99.因为y与t的相关系数近似为0.99,说明y与t的线性相关程度相当高,从而可以用线性回归模型拟合y与t的关系.(2)
12、由1.331及(1)得0.10,1.3310.1040.93.所以y关于t的回归方程为0.930.10t.将2019年对应的t9代入回归方程得0.930.1091.83.所以预测2019年我国生活垃圾无害化处理量约为1.83亿吨.命题点2非线性回归例3 某公司为确定下一年度投入某种产品的宣传费,需了解年宣传费x(单位:千元)对年销售量y(单位:t)和年利润z(单位:千元)的影响,对近8年的年宣传费xi和年销售量yi(i1,2,8)数据作了初步处理,得到下面的散点图及一些统计量的值.(xi)2(wi)2(xi)(yi)(wi)(yi)46.65636.8289.81.61 469108.8表中w
13、i,i.(1)根据散点图判断,yabx与ycd哪一个适宜作为年销售量y关于年宣传费x的回归方程类型?(给出判断即可,不必说明理由)(2)根据(1)的判断结果及表中数据,建立y关于x的回归方程;(3)已知这种产品的年利润z与x,y的关系为z0.2yx.根据(2)的结果回答下列问题:年宣传费x49时,年销售量及年利润的预报值是多少?年宣传费x为何值时,年利润的预报值最大?附:对于一组数据(u1,v1),(u2,v2),(un,vn),其回归直线 u的斜率和截距的最小二乘估计分别为, .解(1)由散点图可以判断,ycd适宜作为年销售量y关于年宣传费x的回归方程类型.(2)令w,先建立y关于w的线性回
14、归方程,由于 68, 563686.8100.6,所以y关于w的回归直线方程为 100.668w,因此y关于x的回归方程为 100.668.(3)由(2)知,当x49时,年销售量y的预报值 100.668576.6,年利润z的预报值 576.60.24966.32.根据(2)的结果知,年利润z的预报值 0.2(100.668)xx13.620.12.所以当6.8,即x46.24时, 取得最大值.故年宣传费为46.24千元时,年利润的预报值最大.思维升华 回归分析问题的类型及解题方法(1)求回归方程根据散点图判断两变量是否线性相关,如不是,应通过换元构造线性相关.利用公式,求出回归系数.待定系数
15、法:利用回归直线过样本点的中心求系数.(2)利用回归方程进行预测,把线性回归方程看作一次函数,求函数值.(3)利用回归直线判断正、负相关;决定正相关还是负相关的是系数.(4)回归方程的拟合效果,可以利用相关系数判断,当|r|越趋近于1时,两变量的线性相关性越强.跟踪训练2 (2018全国)下图是某地区2000年至2016年环境基础设施投资额y(单位:亿元)的折线图.为了预测该地区2018年的环境基础设施投资额,建立了y与时间变量t的两个线性回归模型.根据2000年至2016年的数据(时间变量t的值依次为1,2,17)建立模型: 30.413.5t;根据2010年至2016年的数据(时间变量t的
16、值依次为1,2,7)建立模型: 9917.5t.(1)分别利用这两个模型,求该地区2018年的环境基础设施投资额的预报值;(2)你认为用哪个模型得到的预报值更可靠?并说明理由.解(1)利用模型,可得该地区2018年的环境基础设施投资额的预报值为 30.413.519226.1(亿元).利用模型,可得该地区2018年的环境基础设施投资额的预报值为 9917.59256.5(亿元).(2)利用模型得到的预报值更可靠.理由如下:()从折线图可以看出,2000年至2016年的数据对应的点没有随机散布在直线y30.413.5t上下,这说明利用2000年至2016年的数据建立的线性模型不能很好地描述环境基
17、础设施投资额的变化趋势.2010年相对2009年的环境基础设施投资额有明显增加,2010年至2016年的数据对应的点位于一条直线的附近,这说明从2010年开始环境基础设施投资额的变化规律呈线性增长趋势,利用2010年至2016年的数据建立的线性模型 9917.5t可以较好地描述2010年以后的环境基础设施投资额的变化趋势,因此利用模型得到的预报值更可靠.()从计算结果看,相对于2016年的环境基础设施投资额220亿元,由模型得到的预报值226.1亿元的增幅明显偏低,而利用模型得到的预报值的增幅比较合理,说明利用模型得到的预报值更可靠.题型三独立性检验例4 (2017全国)海水养殖场进行某水产品
18、的新、旧网箱养殖方法的产量对比,收获时各随机抽取了100个网箱,测量各箱水产品的产量(单位:kg),其频率分布直方图如下:(1)记A表示事件“旧养殖法的箱产量低于50 kg”,估计A的概率;(2)填写下面列联表,并根据列联表判断是否有99%的把握认为箱产量与养殖方法有关:箱产量50 kg箱产量50 kg旧养殖法新养殖法(3)根据箱产量的频率分布直方图,对两种养殖方法的优劣进行比较.附:P(K2k0)0.0500.010k03.8416.6352.解(1)旧养殖法的箱产量低于50 kg的频率为(0.0120.0140.0240.0340.040)50.62.因此,事件A的概率估计值为0.62.(
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