9.1随机抽样 学案(教师版)
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1、9.1 随机抽样【知识点】1.统计的相关概念(1)普查像人口普查这样,对每一个调查对象都进行调查的方法,称为全面调查,又称普查.(2)总体、个体在一个调查中,我们把调查对象的全体称为总体.组成总体的每一个调查对象称为个体.为了强调调查目的,也可以把调查对象的某些指标的全体作为总体,每一个调查对象的相应指标作为个体.(3)抽样调查根据一定目的,从总体中抽取一部分个体进行调查,并以此为依据对总体的情况作出估计和推断的调查方法,称为抽样调查.(4)样本、样本量我们把从总体中抽取的那部分个体称为样本,样本中包含的个体数称为样本量.2.简单随机抽样一般地,设一个总体含有N(N为正整数)个个体,从中逐个抽
2、取n(1nN)个个体作为样本,如果抽取是放回的,且每次抽取时总体内的各个个体被抽到的概率都相等,我们把这样的抽样方法叫做放回简单随机抽样;如果抽取是不放回的,且每次抽取时总体内未进入样本的各个个体被抽到的概率都相等,我们把这样的抽样方法叫做不放回简单随机抽样.除非特殊声明,本章所称的简单随机抽样指不放回简单随机抽样.3.简单随机抽样的方法(1)抽签法:把总体中的N个个体编号,把编号写在外观、质地等无差别的小纸片(也可以是卡片、小球等)上作为号签,将这些小纸片放在一个不透明的盒里,充分搅拌,最后从盒中不放回地逐个抽取号签,使与号签上的编号对应的个体进入样本,直到抽足样本所需的个数.(2)随机数法
3、:用随机数工具产生编号范围内的整数随机数,把产生的随机数作为抽中的编号,使与编号对应的个体进入样本.重复上述过程,直到抽足样本所需的个数.用随机试验生成随机数;用信息技术生成随机数;用计算器生成随机数;用电子表格软件生成随机数;用R统计软件生成随机数.4.总体均值一般地,总体中有N个个体,它们的变量值分别为Y1,Y2,YN,则称Y=Y1+Y2+YNN=1Ni=1NYi 为总体均值,又称总体平均数.如果总体的N个变量值中,不同的值共有k(kN)个,不妨记为Y1,Y2,Yk,其中Yi出现的频数fi(i=1,2,k),则总体均值还可以写成加权平均数的形式Y=1Ni=1kfiYi.5.样本均值如果从总
4、体中抽取一个容量为n的样本,它们的变量值分别为y1,y2,yn,则称Y=Y1+Y2+Ynn=1Ni=1nYi 为样本均值,又称样本平均数.探究:总体均值与样本均值有何区别与联系?答案:(1)区别:当总体中个体较多时,总体均值不易计算,样本均值比较方便计算.总体均值是一个确定的数,样本均值具有随机性.(2)联系:在简单随机抽样中,我们常用样本均值估计总体均值.6分层抽样定义 一般地,在抽样时,将总体分成互不交叉的层,然后按照一定的比例,从各层独立地抽取一定数量的个体,将各层取出的个体合在一起作为样本,这种抽样方法叫分层抽样7分层抽样适用范围当总体是由差异明显的几个部分组成时,往往采用分层抽样8分
5、层抽样的步骤(1)根据已掌握的信息,将总体分成若干部分.(2)根据总体中的个体数N和样本容量n计算出抽样比k.(3)根据抽样比k计算出各层中应抽取的个体数:Ni (其中Ni为第i层所包含的个体总数)(4)按步骤3所确定的数在各层中随机抽取个体,并合在一起得到容量为n的样本9. 两种抽样方法的区别和联系类别共同点各自特点相互联系适用范围简单随机抽样抽样过程中各个个体被抽到的机会相等,且都是不放回抽取从总体中逐个抽取最基本的抽样方法总体容量较少分层抽样抽样过程中各个个体被抽到的机会相等,且都是不放回抽取将总体分成几部分,每一部分按比例抽取每层抽样时采用简单随机抽样 总体由差异明显的若干部分组成10
6、获取数据的途径统计学是通过收集数据和分析数据来认识未知现象的,因此如何收集数据,像统计报表和年鉴、社会调查、普查和抽样、互联网、试验设计等等都是常见的(1)通过调查获取数据适用范围:对于有限总体问题,一般通过抽样调查或普查的方法获取数据.注意事项:充分有效地利用背景信息选择或创建更好的抽样方法,并有效避免抽样过程中的人为错误. (2)通过试验获取数据适用范围:没有现存的数据可以查询,就需要通过对比试验的方法去获取样本观测数据.注意事项:严格控制试验环境,通过精心的设计安排试验,以提高数据质量,为获得好的分析结果奠定基础.(3)通过观察获取数据适用范围:自然现象.注意事项:需要专业测量设备获取观
7、测数据.(4)通过查询获得数据适用范围:二手数据.注意事项:数据来历和渠道多样,所以质量会参差不齐,必须根据问题背景知识“清洗”数据,去伪存真.【典型例题】题型一 简单随机抽样的概念例1(2021全国高一课时练习)下列抽取样本的方式属于简单随机抽样的个数有()盒子里共有80个零件,从中选出5个零件进行质量检验.在抽样操作时,从中任意拿出一个零件进行质量检验后再把它放回盒子里.从20件玩具中一次性抽取3件进行质量检验.某班有56名同学,指定个子最高的5名同学参加学校组织的篮球赛.A3B2C1D0【答案】D【解析】【分析】根据简单随机抽样的定义逐项判断即可.【详解】解:一般地,设一个总体含有个个体
8、,如果通过逐个抽取的方法从中抽取一个样本,且每次抽取时各个个体被抽到的概率相等,则这样的抽样方法叫做简单随机抽样,所以不是简单随机抽样,因为它是有放回抽样;不是简单随机抽样,因为这是“一次性”抽取,而不是“逐个”抽取;不是简单随机抽样,因为不是等可能抽样.所以属于简单随机抽样的个数有0个,故选:D.解题技巧(简单随机抽样的判断方法)判断所给的抽样是否为简单随机抽样的依据是简单随机抽样的四个特征:上述四点特征,如果有一点不满足,就不是简单随机抽样例2(2022湖南高一课时练习)下列抽样方法是简单随机抽样的是()A从平面直角坐标系中抽取5个点作为样本B可口可乐公司从仓库的1000瓶可乐中一次性抽取
9、20瓶进行质量检查C某连队从200名战士中,挑选出50名最优秀的战士参加抢险救灾D从10个手机中不放回地随机抽取2个进行质量检验(假设10个手机已编好号,对编号随机抽取)【答案】D【解析】【分析】根据简单随机抽样适用的条件以及抽取方法,逐一判断即可【详解】对于A:平面直角坐标系中有无数个点,这与要求总体中的个体数有限不相符,故A中的抽样方法不是简单随机抽样,故A错误;对于B:是一次性抽取20瓶,不符合逐个抽取的特点,故不是简单随机抽样,故B错误;对于C:挑选的50名战士是最优秀的,不符合简单随机抽样的等可能性,故C中的抽样方法不是简单随机抽样,故C错误;对于D:易知D中的抽样方法是简单随机抽样
10、,故D正确.故选:D例3(2022湖南高一课时练习)调查本地出租车司机的月平均收入时,在街面上进行随机抽样调查,得到的样本是简单随机样本吗?【答案】是【解析】【分析】利用简单随机抽样的特征判断.【详解】在街面上进行随机抽样调查,具有一定的随机性,也很公平,所以得到的样本是简单随机样本.题型二 抽签法的应用例4(2022湖南高一课时练习)下列抽样实验中,适合用抽签法的有A从某厂生产的3 000件产品中抽取600件进行质量检验B从某厂生产的两箱(每箱15件)产品中取6件进行质量检验C从甲、乙两厂生产的两箱(每箱15件)产品中抽取6件进行质量检验D从某厂生产的3 000件产品中抽取10件进行质量检验
11、【答案】B【解析】【详解】A,D中个体的总数较大,不适合用抽签法;C中甲、乙两厂生产的两箱产品性质可能差别较大,因此未达到搅拌均匀的条件,也不适于用抽签法;B中个体数和样本容量较小,且同厂生产的两箱产品,性质差别不大,可以看作是搅拌均了考点:简单随机抽样.解题技巧: (抽签法的应用条件及注意点)(1)一个抽样试验能否用抽签法,关键看两点:一是制签是否方便;二是个体之间差异不明显一般地,当样本容量和总体容量较小时,可用抽签法(2)应用抽签法时应注意以下几点:分段时,如果已有分段可不必重新分段;签要求大小、形状完全相同;号签要均匀搅拌;要逐一不放回的抽取例5(2022江苏高三专题练习)采用抽签法从
12、含有3个个体的总体中抽取一个容量为2的样本,则所有可能的样本为_.【答案】,【解析】根据中随机抽取两个可能的情况,即可得出所有可能的样本.【详解】从总体中任取两个个体即可组成样本,即所有可能的样本为,.故答案为:,例6(2022湖南高一课时练习)某县有50个加油站,质监部门计划从中抽取25个加油站调查其加油机是否合格,你能帮助该部门设计随机抽样方案吗?【答案】答案详见解析【解析】【分析】结合简单随机抽样的知识设计出抽样的方案.【详解】先给个加油站编号:号,然后把所有编号写在外观、质地等无差别的小纸片上作为号签,将小纸片放在一个不透明的盒子里,充分搅拌.从盒中不放回地逐个抽取号签,共抽取个.题型
13、三 随机数法的应用例7(2022江西景德镇一中高一期末)总体由编号01,02,29,30的30个个体组成.利用下面的随机数表选取6个个体,选取方法是从如下随机数表的第1行的第6列和第7列数字开始由左到右依次选取两个数字,则选出来的第5个个体的编号为()第1行78166232080262426252536997280198第2行32049234493582003623486969387481A19B25C26D27【答案】B【解析】【分析】利用随机数表法列举出样本的前个个体的编号,由此可得出结论.【详解】由随机数表法可知,样本的前个个体的编号分别为、,因此,选出的第个个体的编号为.故选:B解题技
14、巧(随机数法解题步骤)第一步,编号.第二步,生成随机数.第三步,记录样本编号.第四步,抽取样本.例8(2022江西赣州高二期末(文)总体由编号为01,02,30的30个个体组成.选取方法是从下面随机数表第1行的第5列和第6列数字开始由左到右依次选取两个数字,则选出来的第5个个体的编号为_.660657471734072750173625236116651189183311199219700581020578645323456476【答案】23【解析】【分析】根据随机表,由编号规则及读表位置列举出前5个符合要求的编号,即可得答案.【详解】由题设,依次得到的数字为57,47,17,34,07,27
15、,50,17,36,25,23,根据编号规则符合要求的依次为17,07,27,25,23,所以第5个个体编号为23.故答案为:23.例9(2022江西景德镇模拟预测(理)某公司利用随机数表对生产的900支新冠疫苗进行抽样测试,先将疫苗按000,001,899进行编号,从中抽取90个样本,若选定从第4行第4列的数开始向右读数,(下面摘取了随机数表中的第3行至第5行),根据下图,读出的第6个数的编号是()16766227665650267107329079785313553858598897541410125685992696827310991696729315571210142188264981
16、7655595635643854824622316243099006184432532383013030A827B315C696D729【答案】B【解析】【分析】找到第4行第4列的数开始向右读数,三个数字为一组,如果数据超过899则跳过,数到第六个899以内的数字即可【详解】从685开始向右数,即685,992,696,827,310,991,696,729,315,跳过992,991,696重复,跳过,所以第6个数字为315故选:B题型四 总体(样本)平均数例10(2021全国高一课时练习)有4万个不小于70的两位数,从中随机抽取了3000个数据,统计如下:数据%70x7980x8990x9
17、9个数8001300900平均数78.18591.9请根据表格中的信息,估计这4万个数据的平均数为()A92.16B85.23C84.73D77.97【答案】B【解析】【分析】首先求出这3000个数据的平均数,即可得解;【详解】解:这3000个数据的平均数为.用样本平均数估计总体平均数,可知这4万个数据的平均数约为.故选:B.解题技巧(平均数计算)如果有n个数x1,x2,xn,那么(x1x2xn)就是这组数据的平均数,用表示,即(x1x2xn)例11(2022全国高一课时练习)用抽签法抽取的一个容量为5的样本,它们的变量值分别为2,3,5,7,9,则该样本的平均数为( )A4.5B4.8C5.
18、2D6【答案】C【解析】【详解】计算样本平均数可得,故选:C.例12(2021全国高一课时练习)(1)甲在本次飞镖游戏中的成绩为8,6,7,7,8,10,9,8,7,8求甲在本次游戏中的平均成绩(2)在了解全校学生每年平均阅读多少本文学经典名著时,甲同学抽取了一个容量为10的样本,并算得样本的平均数为5;乙同学抽取了一个容量为8的样本,并算得样本的平均数为6已知甲、乙两同学抽取的样本合在一起组成一个容量为18的样本,求合在一起后的样本均值【答案】(1)(2)【解析】【分析】(1)根据数据平均数的计算公式,准确计算,即可求解.(2)根据题意,根据数据平均数的概念和计算公式,即可求解合在一起后的样
19、本均值.【详解】(1)由题意,根据数据平均数的计算公式,可得:甲在本次游戏中的平均成绩为.(2)由题意,甲同学抽取了一个容量为10的样本,并算得样本的平均数为5;乙同学抽取了一个容量为8的样本,并算得样本的平均数为6,则合在一起后的样本均值为.题型五 分层抽样的概念例13(2022湖南高一课时练习)某校高三年级有男生500人,女生400人,为了解该年级学生的体重状况,从男生中随机抽取25人,从女生中随机抽取20人进行调查.这种抽样方法是()A分层随机抽样B抽签法C随机数法D其他随机抽样【答案】A【解析】【分析】按照比例抽取,故为分层抽样.【详解】从男生500人中抽取25人,从女生400人中抽取
20、20人,抽取的比例相同,因此用的是分层随机抽样.故选:A解题技巧(分层抽样的依据)(1)适用于总体由差异明显的几部分组成的情况(2)样本能更充分地反映总体的情况(3)等可能抽样,每个个体被抽到的可能性都相等例14(2021全国高一课时练习)分层随机抽样适合的总体是()A总体容量较多B样本量较多C总体中个体有差异D任何总体【答案】C【解析】【分析】根据分层抽样的特征即可得出答案.【详解】当总体中个体有差异,采用分层随机抽样.故选:C例15(2022广西北海高一期末)某地区小学、初中、高中三个学段学生的视力情况有较大差异,而男、女生视力情况差异不大,为了解该地区中小学生的视力情况,最合理的抽样方法
21、是()A简单随机抽样B按性别分层随机抽样C按学段分层随机抽样D其他抽样方法【答案】C【解析】【分析】若总体由差异明显的几部分组成时,经常采用分层抽样的方法进行抽样.【详解】因为某地区小学、初中、高中三个学段学生的视力情况有较大差异,男、女生视力情况差异不大,然而学段的视力情况有较大差异,则应按学段分层抽样,故选:.题型六 分层抽样中各层样本容量的计算例16(2021湖南高二期中)某校高二年级有1500名学生,为了解学生的学习状况,对学生按首选物理和历史采用分层抽样的办法进行抽样调查,抽取了一个容量为120的样本,样本中80人首选物理,则该年级首选历史的学生有_人.【答案】500【解析】【分析】
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