内容正文:
核心素养6 用数学语言表达世界——数据分析与建模求解
第十章 计数原理、概率、随机变量及其分布
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数据分析是指针对研究对象获得相关数据,运用统计方法对数据中的有用信息进行分析和推断,形成知识的过程.主要包括:收集数据,整理数据,提取信息,构建模型对信息进行分析、推断,获得结论.在数据分析核心素养的形成过程中,学生能够提升数据处理的能力,增强基于数据表达现实问题的意识,养成通过数据思考问题的习惯,积极依托数据探索事物本质、关联和规律的活动经验.
[素养案例] 某学校为了了解全校学生的体重情况,从全校学生中随机抽取了100人的体重数据,结果这100人的体重全部介于45公斤到75公斤之间,现将结果按如下方式分为6组:第一组[45,50),第二组[50,55),…,第六组[70,75],得到如图①所示的频率分布直方图,并发现这100人中,其体重低于55公斤的有15人,这15人体重数据的茎叶图如图②所示,以样本的频率作为总体的概率.
图① 图②
(1)求频率分布直方图中a,b,c的值;
[解] 由题图②知,100名样本中体重低于50公斤的有2人,
用样本的频率估计总体的概率,可得体重低于50公斤的概率为eq \f(2,100)=0.02,则a=eq \f(0.02,5)=0.004,
在[50,55)上有13人,该组的频率为0.13,则b=eq \f(0.13,5)=0.026,所以2c=eq \f(1-2×0.02-2×0.13,5)=0.14,即c=0.07.
(2)从全校学生中随机抽取3名学生,记X为体重在[55,65)的人数,求X的概率分布列和数学期望;
[解] 用样本的频率估计总体的概率,可知从全体学生中随机抽取一人,体重在[55,65)的概率为0.07×10=0.7,随机抽取3人,相当于三次独立重复试验,随机变量X服从二项分布X~B(3,0.7),
则P(X=0)=Ceq \o\al(0,3)0.700.33=0.027,
P(X=1)=Ceq \o\al(1,3)0.710.32=0.189,
P(X=2)=Ceq \o\al(2,3)0.720.31=0.441,
P(X=3)=Ceq \o\al(3,3)0.730.30=0.343,
所以,X的概率分布列为:
X
0
1
2
3
P
0.027
0.189
0.441
0.343
E(X)=3×0.7=2.1.
(3)由频率分布直方图可以认为,该校学生的体重ξ近似服从正态分布N(μ,σ2),其中μ=60,σ2=25.若P(μ-2σ≤ξ<μ+2σ)>0.954 5,则认为该校学生的体重是正常的.试判断该校学生的体重是否正常?并说明理由.
[解] 由N(60,25)得σ=5,
由图①知P(μ-2σ≤ξ<μ+2σ)=P(50≤ξ<70)=0.96>0.954 5.所以可以认为该校学生的体重是正常的.
[评析] 本题以学生体重情况为背景,设计概率与统计、正态分布的综合应用.体现了数学建模(用频率估计概率、正态分布)、数学运算(求平均数、方差、求概率)、数据分析、逻辑推理(由直方图求平均数、方差,由正态分布求概率及期望)的学科素养,培养了统计意识,经历“收集数据-整理数据-分析数据-作出推断”的全过程.
[素养培优]
某基地蔬菜大棚采用无土栽培的方式种植各类蔬菜.根据过去50周的资料显示,该地周光