内容正文:
高二数学(配XJ版)
成对数据的统计相关性 一元线性回归模型
1.相关关系
如果两个变量所取的值存在着既有某种规
律性而又不十分确定的关系,则称这两个
变量之间存在着相关关系.
2.相关系数及性质
(1)相关系数:一般地,对n个成对观测数
据(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn),我们用
x=1n
n
i=1
xi,y=
1
n
n
i=1
yi 分别表示x1,x2,
…,xn 与y1,y2,…,yn 的 均 值,用sx =
1
n
n
i=1
(xi-x)2,sy=
1
n
n
i=1
(yi-y)2分别表
示 x1,x2,…,xn 与y1,y2,…,yn 的 标
准差.
记sxy =
x1y1+x2y2+…+xnyn
n -
xy=
1
n
n
i=1
(xi-x)(yi-y),则当sxsy≠0时,我
们称
rxy=
sxy
sxsy
=
1
n
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
1
n
n
i=1
(xi-x)2·
1
n
n
i=1
(yi-y)2
=
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
n
i=1
(xi-x)2·
n
i=1
(yi-y)2
=
n
i=1
xiyi-nxy
(
n
i=1
x2i-nx2)·(
n
i=1
y2i-ny2)
为变量x和变量y 的相关系数.
(2)相关系数的性质
①rxy的取值范围是[-1,1].当0<rxy≤1
时,称变量x 和变量y 正相关;当-1≤
rxy<0时,称变量x和变量y 负相关;
②|rxy|越接近于1,变量x,y的线性相关
程度越高,这时数据(x1,y1),(x2,y2),…,
(xn,yn)分散在一条直线附近;
③|rxy|越接近于0,变量x,y的线性相关
程度越低;
④rxy具有对称性,即rxy=ryx;
⑤rxy仅仅是变量x 与y 之间线性相关程
度的一个度量.rxy=0只表示两个变量之
间不存在线性相关关系,并不说明变量之
间没有关系,它们之间可能存在非线性
关系.
3.回归直线及其方程、回归分析
找出与散点图中各点散布趋势相似的直
线,使各点经过或充分靠近该直线,这样所
得到的直线就可以比较科学地反映实际问
题中两个变量之间的相关关系.这条直线
称为回归直线,这条直线的方程称为回归
直线方程.
有关回归关系的计算理论及方法称为回归
分析.研究两个变量间的回归关系称为一
元回归分析.
4.一元线性回归方程
我们将ŷ=̂a+̂bx称为y 关于x 的一元线
性回归方程,它是根据样本数据求出的回
归方程的估计,其中â是回归直线在y 轴
上的截距,̂b(也称为回归系数)是回归直线
的斜率.
1.某单位为了了解办公楼用电量y(度)与气
温x(℃)之间的关系,随机统计了四个工
作日的用电量与当天平均气温,并制作了
对照表:
—72—
气温(℃) 18 13 10 -1
用电量(度) 24 34 38 64
由表中数据得到回归直线方程ŷ=-2x+̂a,
当气温为-4℃时,预测用电量约为 ( )
A.68度 B.52度
C.12度 D.28度
2.(多选)对两组数据进行统计后得到的散点
图如图,关于其线性相关系数的结论正确
的是 ( )
A.r1<0 B.r2>1
C.r1+r2>0 D.|r1|>|r2|
3.(2024·哈尔滨一模)某种机械设备随着使
用年限的增加,它的使用功能逐渐减退,使
用价值逐年减少,通常把它使用价值逐年
减少的“量”换算成费用,称之为“失效费”.
某种机械设备的使用年限x(单位:年)与
失效费y(单位:万元)的统计数据如下表
所示:
使用年限x
(单位:年)
1 2 3 4 5 6 7
失效费y
(单位:万元)
2.903.303.604.404.805.205.90
由表中数据可知,y与x的相关系数近似为
.
精确到0.01,参考公式和数据:
r=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2 ∑
n
i=1
(yi-y)2
,∑
7
i=1
(xi-x)·
(yi-y)=14.00,∑
7
i=1
(yi-y)2=7.08,
198.24≈14.08
4.期中考试后,某校高三(9)班对全班65名
学生的成绩进行分析,得到数学成绩y关
于总成绩x 的回归直线方程为ŷ=6+
0.4x.由此可以估计:若两个同学的总成
绩相差50分,则他们的数学成绩大约相差
分.
1.某无人机专卖店统计了5月份前5天每天
无人机的实际销量,结果如下表所示.
日期编号x 1 2 3 4 5
销量y/部 9 a 17 b 27
经分析知,y与x 有较强的线性相关关系,
且求得回归直线方程为ŷ=4.5x+3.7,则
a+b的值为 ( )
A.28 B.30 C.33 D.35
2.(多选)设某大学的女生体重y(单位:kg)与
身高x(单位:cm)具有线性相关关系,根据一
组样本数据(xi,yi)(i=1,2,…,n),用最小二
乘法建立的回归直线方程为ŷ=0.85x-
85.71,则下列结论正确的是 ( )
A.y与x 具有正的线性相关关系
B.回归直线过样本点的中心(x,y)
C.若该大学某女生身高增加1cm,则其体
重约增加0.85kg
D.若该大学某女生身高为170cm,则可断
定其体重必为58.79kg
3.(多选)对变量x,y 有观测数据(xi,yi)
(i=1,2,3,…,10),得散点图1,其相关系
数为r1,对变量u,有观测数据(ui,vi)(i=
1,2,3,…,10),得散点图2,其相关系数为
r2,由这两个散点图可以断定 ( )
A.r1>0 B.r1<0 C.r2>0 D.r2<0
—82—
高二数学(配XJ版)
4.某品牌服装专卖店为了解保暖衬衣的销售
量y(件)与平均气温x(℃)之间的关系,
随机统计了连续四旬的销售量与当旬平均
气温,其数据如表:
时间
二月
上旬
二月
中旬
二月
下旬
三月
上旬
旬 平 均 气 温
x(℃)
3 8 12 17
旬销售量y(件) 55 m 33 24
由表中数据算出回归直线方程ŷ=̂bx+̂a
中的̂b=-2,样本点的中心为(10,38).
(1)表中数据m= ;
(2)气象部门预测三月中旬的平均气温约
为22℃,据此估计,该品牌的保暖衬衣在
三月中旬的销售量约为 件.
5.为了解篮球爱好者小李的投篮命中率与打
篮球时间之间的关系,下表记录了小李某
月1日到5日每天打篮球的时间x(单位:
小时)与当天投篮的命中率:
时间x 1 2 3 4 5
命中率y 0.4 0.5 0.6 0.6 0.4
小李这5天的平均投篮命中率为 ;
用回归分析的方法,预测小李该月6日打
6小时篮球的投篮命中率为 .
6.(2024·济南二模)二手车经销商小王对其
所经营的A 型号二手汽车的使用年数x
与销售价格y(单位:万元/辆)进行整理,
得到如下数据:
使用年
数x
2 3 4 5 6 7
售价y 20 12 8 6.4 4.4 3
z=lny 3.00 2.48 2.08 1.86 1.48 1.10
下面是z关于x 的折线图:
(1)由折线图可以看出,可以用一元线性回归模
型拟合z与x的关系,请用相关系数加以说明;
(2)求y关于x 的回归方程,并预测某辆A
型号二手车当使用年数为9年时售价约为
多少;(̂b,̂a小数点后保留两位有效数字)
(3)基于成本的考虑,该型号二手车的售价
不得低于7118元,请根据(2)求出的回归
方程预测在收购该型号二手车时车辆的使
用年数不得超过多少年.
参考公式:
b̂=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2
=
∑
n
i=1
xiyi-nxy
∑
n
i=1
x2i-nx2
,
â=y-̂bx,r=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2 ∑
n
i=1
(yi-y)2
.
参考数据:
∑
6
i=1
xiyi=187.4,∑
6
i=1
xizi=47.64,∑
6
i=1
x2i =
139,∑
6
i=1
(xi-x)2≈4.18, ∑
6
i=1
(yi-y)2≈
13.96, ∑
6
i=1
(zi-z)2≈1.53,ln1.46≈0.38,
ln0.7118≈-0.34.
1.(2023·天津卷)调查某种群花萼长度和花
瓣长度,所得数据如图所示.其中相关系数
r=0.8245,下列说法正确的是 ( )
—92—
A.花瓣长度和花萼长度没有相关性
B.花瓣长度和花萼长度呈负相关
C.花瓣长度和花萼长度呈正相关
D.若从样本中抽取一部分,则这部分的相
关系数一定是0.8245
2.(2022·全国乙卷)某地经过多年的环境治
理,已将荒山改造成了绿水青山.为估计一
林区某种树木的总材积量,随机选取了
10棵这种树木,测量每棵树的根部横截面
积(单位:m2)和材积量(单位:m3),得到如
下数据:
样本号i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总和
根部横
截面积xi
0.040.060.040.080.080.050.050.070.070.06 0.6
材积量yi 0.250.400.220.540.510.340.360.460.420.40 3.9
并计算得∑
10
i=1
x2i=0.038,∑
10
i=1
y2i =1.6158,
∑
10
i=1
xiyi=0.2474.
(1)估计该林区这种树木平均一棵的根部
横截面积与平均一棵的材积量;
(2)求该林区这种树木的根部横截面积与
材积量的样本相关系数(精确到0.01);
(3)现测量了该林区所有这种树木的根部
横截面积,并得到所有这种树木的根部横
截面积总和为186m2.已知树木的材积量
与其根部横截面积近似成正比.利用以上
数据给出该林区这种树木的总材积量的估
计值.
附:相关系数r=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2∑
n
i=1
(yi-y)2
,
1.896≈1.377.
易错一 求线性相关方程计算错误
[示例1] 已知x与y 之间的几组数据如
下表:
x 1 2 3 4 5 6
y 0 2 1 3 3 4
假设根据上表数据所得经验回归方程为
ŷ=̂bx+̂a,若某同学根据上表中的前两组
数据(1,0)和(2,2),求得的直线方程为
y=b'x +a',则以下结论正确的是 ( )
A.̂b>b',̂a>a' B.̂b>b',̂a<a'
C.̂b<b',̂a<a' D.̂b<b',̂a>a'
[名师叮嘱] 给出一组具体数据求其经验回归
方程时,由于经验回归直线的方程是ŷ=̂bx+̂a,其
中b̂=
∑
n
i=1
xiyi-nxy
∑
n
i=1
x2i-nx2
,̂a=y-̂bx,计算量较大,因此计
算要细心,公式使用要准确,要特别注意经验回归
直线一定过点(x,y)的应用.
易错二 线性相关系数理解不正确致误
[示例2] 变量X 与Y 相对应的一组数据
为(10,1),(11.3,2),(11.8,3),(12.5,4),
(13,5);变量U 与V 相对应的一组数据为
(10,5),(11.3,4),(11.8,3),(12.5,2),
(13,1),r1 表示变量Y 与X 之间的线性相关
系数,r2 表示变量V 与U 之间的线性相关系
数,则 ( )
A.r2<r1<0 B.0<r2<r1
C.r2<0<r1 D.r2=r1
[名师叮嘱] 给出一组数据,判断该组数据的线
性相关系数的符号,可根据该组数据变量之间的
正、负相关关系进行判断,若是正相关,则相关系数
大于0;若是负相关,则相关系数小于0.
—03—
[示例2] [解析] (1)对于有放回抽取,每次抽到一等
品的概率为40
100=
2
5
,且各次试验之间的结果是独立
的,因此 X~B 4,25 ,从而P(X=0)= 1-25
4
=
81
625
,P(X=1)=C14·
2
5
· 1-25
3
=216625
,P(X=2)=
C24
2
5
2
· 1-25
2
=216625
,P(X=3)=C34
2
5
3
·
1-25 =96625,P(X=4)= 25
4
=16625
,
所以X 的分布列如下
X 0 1 2 3 4
P 81625
216
625
216
625
96
625
16
625
(2)对于不放回抽取,各次试验结果不独立,X 服从超几
何分布,样本中一等品的比例为X
4
,而总体中一等品的
比例为40
100=0.4
,由题意,
① X4-0.4 ≤0.2⇒0.8≤X<2.4⇒X=1
或X=2;
②P X4-0.4 ≤0.2 =P(X =1)+P(X =2)
=
C140C360+C240C260
C4100
.
作业(九) 成对数据的统计相关性
一元线性回归模型
【基础诊断】
1.A 2.AC 3.0.99 4.20
【综合应用】
1.C 依题意x=15
(1+2+3+4+5)=3,
y=15
(9+a+17+b+27)=53+a+b5
,
又回归直线ŷ=4.5x+3.7过点(x,y),所以53+a+b5
=4.5×3+3.7,解得a+b=33.
故选C.
2.ABC A、B、C显然正确,选项D中,当x=170时,̂y=
0.85×170-85.71=58.79,体重的估计值为58.79kg,
故D错误.
3.BC 由图1可知,点散布在从左上角到右下角的区域,各
点整体呈递减趋势,故x与y负线性相关,所以r1<0;由
图2可知,点散布在从左下角到右上角的区域,各点整体呈
递增趋势,故u与v正线性相关,所以r2>0.
4.解析 (1)由y=38,得m=40.
(2)由â=y-̂bx,得â=58,故ŷ=-2x+58,当x=
22时,̂y=14,故三月中旬的销售量约为14件.
答案 (1)40 (2)14
5.解析 小李这5天的平均投篮命中率y=15
(0.4+
0.5+0.6+0.6+0.4)=0.5,x=3,
b̂=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2
=0.2+0+0+0.1+
(-0.2)
(-2)2+(-1)2+0+12+22
=0.01,
â=y-̂bx=0.47,
∴回归直线方程为ŷ=0.01x+0.47,
则当x=6时,̂y=0.53.
∴预测小李该月6日打6小时篮球的投篮命中率为
0.53.
答案 0.5 0.53
6.解析 (1)由题意,知x=16×
(2+3+4+5+6+7)=
4.5,z=16×
(3+2.48+2.08+1.86+1.48+1.10)
=2,
又∑
6
i=1
xizi=47.64, ∑
6
i=1
(xi-x)2≈4.18,
∑
6
i=1
(zi-z)2≈1.53,
所以r=47.64-6×4.5×24.18×1.53 =-
6.36
6.3954≈-0.99
,
所以z与x 的相关系数大约为-0.99,说明z与x 的线
性相关程度很高.
(2)̂b=47.64-6×4.5×2
139-6×4.52
=-6.3617.5≈-0.36
,
所以â=z-̂bx=2+0.36×4.5=3.62,
所以z关于x 的回归方程是̂z=-0.36x+3.62,又z=
lny,
所以y关于x 的回归方程是ŷ=e-0.36x+3.62.
令x=9,得ŷ=e-0.36×9+3.62=e0.38,
因为ln1.46≈0.38,所以ŷ=1.46,
即预测某辆A 型号二手车当使用年数为9年时售价约
为1.46万元.
(3)当ŷ≥0.7118,
即e-0.36x+3.62≥0.7118=eln0.7118≈e-0.34时,
则有-0.36x+3.62≥-0.34,解得x≤11,
因此,预测在收购该型号二手车时车辆的使用年数不得
超过11年.
【真题体验】
1.C 根据散点的集中程度可知,花瓣长度和花萼长度有
相关性,A选项错误;
散点的分布是从左下到右上,从而花瓣长度和花萼长度
呈现正相关性,B选项错误,C选项正确;
由于r=0.8245是全部数据的相关系数,取出来一部分
数据,相关性可能变强,可能变弱,即取出的数据的相关
系数不一定是0.8245,D选项错误.故选C.
2.解析 (1)样本中10棵这种树木的根部横截面积的平
均值x=0.610=0.06
,
样本中10棵这种树木的材积量的平均值y=3.910=0.39
,
据此可估计该林区这种树木平均一棵的根部横截面积
为0.06m2,
平均一棵的材积量为0.39m3.
(2)r=
∑
10
i=1
xi-x yi-y
∑
10
i=1
xi-x 2∑
10
i=1
yi-y 2
=
∑
10
i=1
xiyi-10xy
∑
10
i=1
x2i-10x2 ∑
10
i=1
y2i-10y2
= 0.2474-10×0.06×0.39
(0.038-10×0.062)(1.6158-10×0.392)
= 0.0134
0.0001896
≈0.01340.01377≈0.97
,
则r≈0.97.
(3)设该林区这种树木的总材积量的估计值为Y m3,
又已知树木的材积量与其根部横截面积近似成正比,
可得0.06
0.39=
186
Y
,解之得Y =1209m3.
则该林区这种树木的总材积量估计为1209m3.
—65—
高二数学(配XJ版)
【易错警示】
[示例1] D 由题得x=72
,y=136
,根据公式求得b̂=
58-6×72×
13
6
91-6× 72
2=
5
7
,̂a=y-̂bx=136-
5
7×
7
2=-
1
3.
又b'=2,a'=-2,所以b̂<b',̂a>a',故选D.
[示例2] C 由 变 量 X 与Y 相 对 应 的 一 组 数 据 为
(10,1),(11.3,2),(11.8,3),(12.5,4),(13,5),可得变
量Y 与X 正相关,所以r1>0.
而由变量U 与V 相对应的一组数据为(10,5),(11.3,4),
(11.8,3),(12.5,2),(13,1),可知变量V 与U 负相关,所以
r2<0.因此r1与r2的大小关系是r2<0<r1.
作业(十) 独立性检验
【基础诊断】
1.C 2.B 3.A 4.9
【综合应用】
1.A 由题意,因为χ2≈3.918,P(χ2≥3.841)≈0.05,所
以至少有95%的把握认为“这种血清能起到预防感冒
的作用”.
2.D 对于A,独立性检验是通过计算χ2来判断两个变量
存在关联的可能性的一种方法,并非检验二者是否线性
相关,故A错误;对于B,独立性检验并不能100%确定
两个变量相关,故B错误;对于C,99%是指“吸烟”和
“患肺病”存在关联的可能性,故C错误;显然D正确.
故选D.
3.D 依据题表中数据可知,物理类的学生中选择地理的
比例为50
120=
5
12
,历史类的学生中选择地理的比例为45
80
=916
,因为5
12<
9
16
,所以物理类的学生中选择地理的比
例比历史类的学生中选择地理的比例低,故A错误;
物理类的学生中选择生物的比例为65
120=
13
24
,历史类的
学生中选择生物的比例为35
80=
7
16
,因为13
24>
7
16
,所以物
理类的学生中选择生物的比例比历史类的学生中选择
生物的比例高,故B错误;
由题中表格可列2×2列联表如下:
单位:人
选考类别
是否选考生物
是 否
合计
物理类 65 55 120
历史类 35 45 80
合计 100 100 200
故χ2=
200×(65×45-55×35)2
120×80×100×100 ≈2.083
,
由2.083<2.706,知没有90%以上的把握认为选择生
物与选考类别有关,故C错误;
由2.083<3.841,知没有95%以上的把握认为选择生
物与选考类别有关,故D正确.故选D.
4.解析 交通状况与天气情况的2×2列联表如下:
单位:天
天气情况
交通状况
交通顺畅 交通拥堵
合计
天气好 62 13 75
天气不好 13 12 25
合计 75 25 100
χ2=
100×(62×12-13×13)2
75×25×75×25 ≈9.404
,
因为6.635<9.404<10.828,所以有不少于99%的把
握认为交通状况与天气情况有关.
答案 99
5.解析 (1)由题中相关数据可作出2×2列联表如下:
单位:千克
农场
是否为残次果
否 是
合计
“生态农场” 95 5 100
“亲子农场” 85 15 100
合计 180 20 200
零假设 H0:残次果率与农场无关.
计算得χ2=
200×(95×15-5×85)2
100×100×180×20 ≈5.556>3.841
=x0.050,
所以根据小概率值α=0.050的独立性检验,有充分证
据推断 H0不成立,即认为残次果率与农场有关,此推
断犯错误的概率不大于0.050.
(2)①对于“生态农场”,抽到的产品中每千克盈利为
5元的频率为20100=0.2
,每千克盈利为3元的频率为
95-20
100 =0.75
,每千克盈利为-5.5元的频率为 5100=
0.05,所以该农场每千克黄桃的平均利润为5×0.2+3
×0.75+(-5.5)×0.05=2.975(元);
对于“亲子农场”,抽到的产品中每千克盈利为5元的频
率为25
100=0.25
,每千克盈利为3元的频率为85-25100 =
0.6,每千克盈利为-5.5元的频率为15100=0.15
,所以
该农场每千克黄桃的平均利润为5×0.25+3×0.6+
(-5.5)×0.15=2.225(元).
②由于两个农场的产量相同,且“生态农场”每千克黄桃的
平均利润更大,盈利能力更大,所以应该卖掉“亲子农场”.
【真题体验】
1.解析 (1)X 的所有可能取值为0,1,2,
P(X=0)=C02× 1-
1
2 × 1-12 =14,P(X=1)=
C12×
1
2× 1-
1
2 =12,P(X=2)=C22×12×12=14,
(另解:两只小白鼠分在两个组,每只小白鼠都各有两种
分配方案,总的分配方案为4种,两只小白鼠全部分配
到试验组有1种情况,有一只分配到对照组有2种情
况,全部分配到对照组有1种情况,利用古典概型的概
率公式即可得解)
所以X 的分布列为
X 0 1 2
P 14
1
2
1
4
E(X)=0×14+1×
1
2+2×
1
4=1.
(2)(ⅰ)根据试验数据可以知道40只小白鼠体重增加
量的中位数m=23.2+23.62 =23.4.
列联表如下:
<m ≥m
对照组 6 14
试验组 14 6
—75—