8.1成对数据的统计相关性 学案(教师版)
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1、8.1 成对数据的统计相关性【知识点梳理】1相关关系两个变量间的关系有函数关系,相关关系和不相关关系两个变量有关系,但又没有确切到可由其中的一个去精确地决定另一个的程度,这种关系称为相关关系2正相关、负相关从整体上看,当一个变量的值增加时,另一个变量的相应值也呈现增加的趋势,我们就称这两个变量正相关;如果一个变量值增加时,另一个变量的相应值呈现减少的趋势,则称这个两个变量负相关3线性相关一般地,如果两个变量的取值呈现正相关或负相关,而且散点落在一条线附近,我们就称这两个变量线性相关一般地,如果两个变量具有相关性,但不是线性相关,那么我们就称这两个变量非线性相关或曲线相关4相关系数r的计算注意:
2、相关系数是研究变量之间线性相关程度的量假设两个随机变量的数据分别为(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn),对数据作进一步的“标准化处理”处理,用sx,sy分别除xi和yi (i1,2,n,和分别为x1,x2,xn和y1,y2,yn的均值),得,为简单起见,把上述“标准化”处理后的成对数据分别记为(x1,y1),(x2,y2),(xn,yn),则变量x和变量y的样本相关系数r的计算公式如下:r(x1y1x2y2xnyn).5相关系数r的性质 (1)当r0时,称成对样本数据正相关;当r0时,成对样本数据负相关;当r0时,成对样本数据间没有线性相关关系(2)样本相关系数r的取值范围为1,1当
3、|r|越接近1时,成对样本数据的线性相关程度越强;当|r|越接近0时,成对样本数据的线性相关程度越弱6样本相关系数与标准化数据向量夹角的关系rxy|x|y|cos cos (其中x(x1,x2,xn),y(y1,y2,yn),|x|y|,为向量x和向量y的夹角)【典型例题】题型一相关关系的理解例1(2021全国高二课时练习)下列两个变量间的关系,是相关关系的是()A任意实数和它的平方B圆半径和圆的周长C正多边形的边数和内角度数之和D天空中的云量和下雨【答案】D【解析】【分析】根据各选项中两个变量是确定还是非确定性关系可得结论.【详解】对于ABC,两个变量之间为确定性关系,即两个变量之间均为函数
4、关系,ABC错误;对于D,根据生活经验,天空中的云量和下雨之间不是确定性关系,虽然有云不一定下雨,但是如果没有云一定不下雨,说明它们之间是相关关系,D正确.故选:D.规律方法函数关系是一种确定的关系,而相关关系是非随机变量与随机变量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,也可能是伴随关系例2(2021全国高二课时练习)有几组变量:汽车的重量和汽车每消耗1升汽油所行驶的平均路程;平均日学习时间和平均学习成绩;立方体的棱长和体积.其中两个变量成正相关的是()ABCD【答案】C【解析】【分析】利用相关关系和函数关系的概念分析解答.【详解】汽车的重量和汽车每消耗1升汽油所行驶的平均
5、路程是负相关关系;平均日学习时间和平均学习成绩是正相关关系;立方体的棱长和体积是函数关系,不是相关关系.故选:C例3(2021江西南昌高一期末)对两变量间的关系,下列论述正确的是()A任何两个变量都具有相关关系B正方形的面积与该正方形的边长具有相关关系C农作物的产量与施化肥量之间是一种确定性关系D一个学生的数学成绩与物理成绩之间是一种非确定性的关系【答案】D【解析】【分析】由两个变量之间相关关系与函数关系之间的定义及区别即可求解.【详解】解:对A:当两个变量之间具有确定关系时,两个变量之间是函数关系,而不是相关关系,所以A错误;对B:正方形的面积与该正方形的边长之间是函数关系,所以B错误;对C
6、:农作物的产量与施化肥量之间是相关关系,是非确定性的关系,所以C错误;对D:学生的数学成绩与物理成绩之间是相关关系,是非确定性的关系,所以D正确;故选:D.题型二散点图与相关性例4(2021全国高一课时练习)如下四个散点图中,正相关的是()ABCD【答案】A【解析】根据散点图中点的分布情况,判断是否具有相关性和正负相关关系.【详解】对于A,散点图中的点从左向右是上升的,且在一条直线附近,是正相关;对于B,散点图中的点从左向右是下降的,且在一条直线附近,是负相关;对于C、D,散点图中的点不成带状分布,没有明显的相关关系;故选:A.【点睛】方法点睛:该题考查的是有关正负相关的判断问题,解题方法如下
7、:(1)观察图中散点图是不是成带状区域;(2)判断其从左往右上升正相关,下降负相关.规律方法判断两个变量x和y间是否具有线性相关关系,常用的简便方法就是绘制散点图,如果发现点的分布从整体上看大致在一条直线附近,那么这两个变量就是线性相关的,注意不要受个别点的位置的影响例5(2020全国高二单元测试(理)有一个食品商店为了调查气温对热饮销售的影响,经过调查得到关于卖出的热饮杯数与当天气温的数据如下表,绘出散点图如下通过计算,可以得到对应的回归方程2.352x147.767,根据以上信息,判断下列结论中正确的是()摄氏温度504712151923273136热饮杯数1561501321281301
8、1610489937654A气温与热饮的销售杯数之间成正相关B当天气温为2时,这天大约可以卖出143杯热饮C当天气温为10时,这天恰卖出124杯热饮D由于x0时,的值与调查数据不符,故气温与卖出热饮杯数不存在线性相关性【答案】B【解析】【分析】对每一个选项逐一分析判断得解.【详解】A. 气温与热饮的销售杯数之间成负相关,所以该选项错误;B.当x2时,y22.352147.767143.063,即这一天大约可以卖出143杯热饮,所以该选项是正确的;C. 当天气温为10C时,这天大约可以124杯热饮,所以该选项错误;D.不能根据x=0时, 的值与调查数据不符,判断气温与卖出热饮杯数不存在线性相关性
9、所以该选项错误.故选B【点睛】本题考查线性回归方程的应用,即根据所给出的线性回归方程,预报y的值,这是填空题中经常出现的一个问题,属于基础题例6(2020云南罗平县第二中学高二期末(文)已知某次考试之后,班主任从全班同学中随机抽取一个容量为8的样本,他们的数学、物理成绩(单位:分)对应如下表,对应散点图如图所示:学生编号12345678数学成绩6065707580859095物理成绩7277808488909395根据以上信息,则下列结论:根据散点图,可以判断数学成绩与物理成绩具有线性相关关系;根据散点图,可以判断数学成绩与物理成绩具有一次函数关系;从全班随机抽取2名同学(记为甲、乙),若甲同
10、学的数学成绩为80分,乙同学的数学成绩为60分,则可以判断出甲同学的物理成绩一定比乙同学的物理成绩高;从全班随机抽取2名同学(记为甲、乙),若甲同学的数学成绩为80分,乙同学的数学成绩为60分,则不能判断出甲同学的物理成绩一定比乙同学的物理成绩高;其中正确的个数是()A1B2C3D4【答案】B【解析】【分析】观察题中所给的散点图,结合有关概念,对选项逐一分析,得到正确结果.【详解】由散点图知两变量间是相关关系,非函数关系,所以正确,错误;利用概率知识进行预测,得到的结论有一定的随机性,所以错误,正确;所以正确命题的个数为2,故选:B.【点睛】该题考查的是有关相关关系的问题,涉及到的知识点有线性
11、相关的有关概念,两个量具有相关关系的本质,属于基础题目.题型三散点图及其应用例7(2021全国高二课时练习)两对变量A和B,C和D的取值分别对应如表1和表2,画出散点图,分别判断它们是否具有相关关系;若具有相关关系,说出它们相关关系的区别.表1A2618131041B202434385064表2C05101520253035D541.67602.66672.09704.99806.71908.59975.421 034.75【答案】答案见解析.【解析】【分析】根据表格数据绘制散点图,根据散点图的趋势分析判断即可【详解】散点图分别如图(1)和图(2).从图中可以看出两图中的点各自分布在一条曲线附
12、近,因此两对变量都具有相关关系.图(1)中,当A的值由小变大时,B的值却是由大变小,故A和B成负相关;图(2)中,当C的值由小变大时,D的值也是由小变大,故C和D成正相关.规律方法1.画散点图时应注意合理选择单位长度,避免图形过大或偏小,或者是点的坐标在坐标系中画不准,使图形失真,导致得出错误结论2在这里利用散点图直观感知事物的形态与变化,理解事物间的关联及变化规律,是数学核心素养直观想象的具体体现题型四线性相关性的检验例8(2021全国高二课时练习)两对变量A和B,C和D的取值分别对应如表1和表2,画出散点图,分别判断它们是否具有相关关系;若具有相关关系,说出它们相关关系的区别.表1A261
13、8131041B202434385064表2C05101520253035D541.67602.66672.09704.99806.71908.59975.421 034.75【答案】答案见解析.【解析】【分析】根据表格数据绘制散点图,根据散点图的趋势分析判断即可【详解】散点图分别如图(1)和图(2).从图中可以看出两图中的点各自分布在一条曲线附近,因此两对变量都具有相关关系.图(1)中,当A的值由小变大时,B的值却是由大变小,故A和B成负相关;图(2)中,当C的值由小变大时,D的值也是由小变大,故C和D成正相关.例9(2021全国高二课时练习)某个男孩的年龄与身高的统计数据如下表所示.年龄x
14、(岁)123456身高y(cm)788798108115120(1)画出散点图;(2)判断y与x是否具有线性相关关系.【答案】(1)图见解析;(2)具有.【解析】【分析】(1)利用表中数据描点可得出散点图.(2)观察散点图可得y与x具有线性相关关系【详解】(1)散点图如图所示.(2)由图知,所有数据点接近一条直线排列,因此,认为y与x具有线性相关关系.例10(2021江苏高二课时练习)有人收集了某城市居民年收入(即所有居民在一年内收入的总和)与商品销售额的年数据,如表表第年居民年收入/亿元商品销售额/万元画出散点图,判断成对样本数据是否线性相关,并通过样本相关系数判断居民年收入与商品销售额的相
15、关程度和变化趋势的异同【答案】答案见解析【解析】【分析】根据表格中的数据作出散点图,计算出相关系数的值,由此可得出结论.【详解】解:画出成对样本数据的散点图,从散点图看,商品销售额与居民年收入的样本数据呈现出线性相关关系设第年居民的年收入为亿元,商品销售额为万元,则,所以,样本相关系数由此可以推断,商品销售额与居民年收入正线性相关,即商品销售额与居民年收入有相同的变化趋势,且相关程度很强题型五判断线性相关的强弱例11(2021全国高二课时练习)某公司为了准确地把握市场,做好产品生产计划,对过去四年的数据进行整理得到了第年与年销量(单位:万件)之间的关系如表:123412284256在图中画出表
16、中数据的散点图,推断两个变量是否线性相关,计算样本相关系数,并估计它们的相关程度附注:参考数据:,参考公式:相关系数【答案】作图见解析;与的相关系数近似为0.9997,可以推断该公司的年销量与第年呈正线性相关,且线性相关程度很强【解析】【分析】由已知数据作出散点图,由图像可以看出推断与线性相关,再由公式计算可得结论【详解】解:作出散点图如图:由散点图可知,各点大致分布在一条直线附近,由此推断与线性相关由题中所给表格及参考数据得:,与的相关系数近似为0.9997,可以推断该公司的年销量与第年呈正线性相关,且线性相关程度很强规律方法当相关系数|r|越接近1时,两个变量的相关关系越强,当相关系数|r
17、|越接近0时,两个变量的相关关系越弱例12.(2021吉林吉林三模(文)年是决胜全面建成小康社会、决战脱贫攻坚之年,面对新冠肺炎疫情和严重洪涝灾害的考验.党中央坚定如期完成脱贫攻坚目标决心不动摇,全党全社会戮力同心真抓实干,取得了积极成效某贫困县为了响应国家精准扶贫的号召,特地承包了一块土地,已知土地的使用面积与相应的管理时间的关系如下表所示:土地使用面积(单位:亩)管理时间(单位:月)并调查了某村名村民参与管理的意愿,得到的部分数据如下表所示;愿意参与管理不愿意参与管理男性村民女性村民(1)做出散点图,判断土地使用面积与管理时间是否线性相关;并根据相关系数说明相关关系的强弱(若,认为两个变量
18、有很强的线性相关性,值精确到) .(2)若以该村的村民的性别与参与管理意风的情况估计贫困县的情况,且每位村民参与管理的意互不影响,则从该贫困县村民中任取人,记取到不愿意参与管理的女性村民的人数为,求的分布列及数学期望.参考公式:参考数据:【答案】(1)答案见解析;(2)分布列见解析,.【解析】【分析】作出散点图.再由已知数据计算,由可得结论;由已知得该贫困县中任选一人,取到不愿意参与管理的女性树民的概率,随机变量可取,可求得数学期望.【详解】散点图如下图.由散点图可知,管理时间与土地使用面积线性相关依题意:,又,则,由于故管理时间与土地使用面积线性相关性较强由题知调查的名村名中有不愿意参与管理
19、的女性村民人数为,该贫困县中任选一人,取到不愿意参与管理的女性树民的概率,则可取,即:,的分布列,即.【点睛】方法点睛:本题考查概率的求法,考查离散型随机变量的分布列及数学期望的求法,是中档题,求解离散型随机变量分布列的步骤是:1.首先确定随机变量的所有可能取值;2.计算取得每一个值的概率,可通过所有概率和为来检验是否正确;3.进行列表,画出分布列的表格;4.最后扣题,根据题意求数学期望或者其它例13(2019全国高三专题练习(文)春节期间,由于高速免费,车流量逐步增加,某高速口统计了5天中的车流量与空气质量指数的关系,所得数据如下表所示:车流量x(万辆)1212.51313.514空气质量指
20、数y7476787780(1)在下列网格纸中绘制出散点图;(2)由(1)判断是否能用线性回归模型拟合y与x的关系,并用相关系数加以说明;(3)记这5天的空气质量指数的平均数为,若从5天中任选2天的数据作调研,求这2天中恰有1天的空气质量指数高于的概率.参考公式:相关系数.参考数据:,.【答案】(1)见解析;(2)见解析;(3) 【解析】【分析】(1)根据表里数据标点即可;(2)计算相关系数,可知,可知二者有线性相关性,可知可以用线性回归模型拟合二者关系;(3)列举出所有情况共种,符合题意的情况有种,根据古典概型求得结果.【详解】(1)依题意,画出散点图如图所示:(2)能用线性回归模型拟合与的关
21、系,理由如下:计算得:, 则故可用线性回归模型拟合与的关系(3)由表格可知,有个数据高于,记为;剩下个数据记为从个数据中任选个,所有的情况为,共种其中满足条件的为,共种故所求概率【点睛】本题考查线性回归、古典概型的相关知识,解题的关键是明确线性相关性的强弱与相关系数的关系:越接近,说明二者线性相关性越强,当时,说明二者有极强的线性相关性.【同步练习】一、单选题1(2021全国高二课时练习)某次考试之后,班主任从全班同学中随机抽取8位同学,他们的数学、物理成绩(单位:分,满分100分)的散点图如图所示:根据以上信息,有下列结论:根据散点图,可以判断数学成绩与物理成绩具有线性相关关系;从全班同学中
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