内容正文:
2.D [独立性检验的结论是一个数学统计量,它与实际问题
中的确定性是存在差异的.]
3.C [因为χ
2>6.635,所以有99%以上的把握认为“喜欢乡
村音乐与性别有关系”.]
4.解析:根据2×2列联表可知,比值 aa+b
与 c
c+d
相差越大,则
|ad-bc|就越大,那么两个分类变量有关系的可能性就越大.
答案:c
c+d
5.解: 将2×2列联表中的数据代入公式计算,得
χ
2= n
(ad-bc)2
(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)
=100×
(60×10-20×10)2
70×30×80×20 =
100
21≈4762.
因为4.762>3841,所以有95%的把握认为“南方学生和北
方学生在选用甜品的饮食习惯方面有差异”.
章末归纳提升
题型梳理素养聚焦
[例1] [解] (1)画出散点图如图所示:
(2)由(1)中的散点图可知,各点大致
分布在一条直线附近,且由题中所给
表格及参考数据得:
x=52
,y=692
,∑
4
i=1
xiyi=418,
∑
4
i=1
(yi-y)≈32.66,
∑
4
i=1
x2i=30,
∑
4
i=1
(xi-x)(yi-y)=∑
4
i=1
xiyi-4xy=
418-4×52×
69
2=73
,
∑
4
i=1
(xi-x)2= ∑
4
i=1
x2i-4x2= 30-4×(
5
2
)2= 5≈2.24,
r=
∑
4
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
4
i=1
(xi-x)2∑
4
i=1
(yi-y)2
≈ 732.24×32.66
≈0.998.
因为Y 与X 的相关系数近似为0.998,说明Y 与X 的线性
相关程度相当高,
所以可以用线性回归模型拟合Y 与X 的关系.
(3)由(2)知,̂b=
∑
4
i=1
xiyi-4xy
∑
4
i=1
x2i-4x2
=735
,̂a=y-̂bx=692 -
73
5 ×
5
2=-2
,所以Y 关于X 的经验回归方程为Y=735X-2.
当X=5时,Y=735×5-2=71
,故预测第5年的销售量为
71万件.
[例2] [解] (1)问卷调查结果为“了解”的学生人数为(0.
25+0.15+0.025)×200=85,
又因为其中男生有50人,所以其中女生有85-50=35人,
所以2×2列联表如下:
男 女 合计
了解 50 35 85
不了解 50 65 115
合计 100100 200
(2)零假设H0:对“网络安全宣传倡议”的了解情况与性别无关,
由(1)可得χ
2=200×
(50×65-35×50)2
100×100×115×85 ≈4.604>3.841
,
根据独立性检验,我们推断 H0 不成立,
即认为对“网络安全宣传倡议”的了解情况与性别有关,此推
断犯错误的概率不大于0.05,
即有95%的把握认为对“网络安全宣传倡议”的了解情况与
性别有关.
[例3] [解] (1)对Y=aXb(a,b>0),两边取自然对数得
lnY=blnX+lna,
令vi=lnxi,ui=lnyi,得U=bV+lna,̂b=
∑
n
i=1
viui-nvu
∑
n
i=1
v2i-nv2
=
75.3-6×24.66 ×
18.3
6
101.4-6× 24.66( )
2 =
1
2
,lna=u-bv=18.36 -
1
2 ×
24.6
6 =1
,得a=e,故所求回归方程为Y=eX
1
2 .
(2)由yx =
ex
1
2
x =
e
x
1
2
∈ e9
,e
7( ) ,解得49<x<81,x=58,
68,78,即优等品有3件.
记“恰好取得两件优等品”为事件A,从6件合格产品中选出
3件的方法数为 C36=20,
从6件合格产品取3件恰好2件为优等品的取法有 C13C23=
9种,则P(A)=C
1
3C23
C36
=920.
变式训练
1.解:变量Y 与X 的相关系数r≈ 28.315.6×1.9≈0.95
,
变量Z 与X 的相关系数r′≈ 35.415.6×2.3≈0.99
,可以看出
TC指标 值 与 BMI值,CLU 指 标 值 与 BMI值 都 是 高 度 正
相关.
2.解:由频率分布直方图可知,在抽取的100名工人中,“25周
岁以上组”中的生产能手60×025=15(人),“25周岁以下
组”中的生产能手40×0375=15(人),据此可得2×2列联
表如下:
是否“生产能手”
年龄组
生产
能手
非生产
能手
总计
25周岁以上组 15 45 60
25周岁以下组 15 25 40
总计 30 70 100
所以得χ
2= n
(ad-bc)2
(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)
=100×
(15×25-15×45)2
60×40×30×70 =
25
14≈1.79.
因为1.79<2706,所以没有90%的把握认为“生产能手与
工人所在的年龄组有关”.
3.解:(1)在Y=cdX 两边取自然对数,令lnY=Z,
lnc=a,lnd=b,则Z=a+bX.由已知数据,得
X 1 2 3 4 5 6
Y 398 322 254 203 162 133
Z 368434723235301127852588
由公式得â≈3.9055,̂b≈-0.2219,
则线性回归方程为Z=39055-02219X.
而lnc=39055,lnd=-02219,故c≈49675,d≈0801,
∴c,d的估计值分别为49675和0801.
(2)当X=10时,由(1)所得公式可得Y≈54(mg).
672
数学(BS)选择性必修第一册
§2 成对数据的线性相关性
2.1 相关系数
2.2 成对数据的线性相关性分析
课程标准 素养解读
1.结合具体实例,了解样本相关系数的统计含义,了解样本相
关系数与标准化数据向量夹角的关系
2.结合实例,会通过相关系数比较多组成对样本数据的相
关性
在学习样本相关系数等概念的
过程中,提升数学抽象、数学运
算、数据分析、数学建模的核心
素养
[情境引入]
据隆众资讯数据统计,2017~2019年截
止到10月底的数据显示,聚丙烯期货价格及
现货价格二者相关系数为88.70%,其中2017
年二者相关系数高达90.86%,2018年降至
83.97%,2019年截止到10月底二者相关系
数为65.23%.
问题:什么是相关系数,如何计算,它有什么
作用?
[知识梳理]
[知识点一] 相关系数
1.相关系数r的计算
一般地,设随机变量 X,Y 的n 组观测值分
别为(x1,y1),(x2,y2),,(xn,yn),记
r=
(x1-x)(y1-y)+(x2-x)(y2-y)++(xn-x)(yn-y)
(x1-x)2+(x2-x)2++(xn-x)2 (y1-y)2+(y2-y)2++(yn-y)2
=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2 ∑
n
i=1
(yi-y)2
,
称r为随机变量X 和Y 的样本(线性)相关
系数.
为了计算的方便,我们再给出如下式子:
r=
(x1y1+x2y2++xnyn)-nxy
(x21+x22++x2n)-nx2 (y21+y22++y2n)-ny2
.
2.相关系数r与线性相关程度的关系
①r的取值范围为 ;
②|r|值越接近1,随机变量之间的线性相
关程度越强;|r|值越接近0,随机变量之间
的线性相关程度越弱.
[知识点二] 相关性的分类
1.当 时,两个随机变量的值总体上变
化趋势相同,此时称两个随机变量正相关;
2.当 时,两个随机变量的值总体上变
化趋势相反,此时称两个随机变量负相关;
3.当 时,此时称两个随机变量不
相关;
[预习自测]
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)样本(线性)相关系数r的取值范围是
(-1,1). ( )
(2)两个变量的相关系数越大,它们的相关
程度越强. ( )
(3)r<0时,两个随机变量负相关. ( )
(4)一般地,样本容量越大,用样本相关系数
估计两个变量的相关系数的效果越好.
( )
2.已知两个变量负相关,且相关程度很强,则
它们的相关系数的大小可能是 ( )
A.-0.95 B.-0.13
C.0.15 D.0.96
3.某相关变量 X,Y 的散点图如图所示,现对
这两个变量进行回归分析,方案一:根据图
中所有数据分析,可得到线性回归方程Y=
b̂1X+̂a1,样本相关系数为r1;方案二:剔除
点(10,32),根据剩下数据分析,可得到线性
回归方程Y=̂b2X+̂a2,样本相关系数为r2.则
( )
302
第七章 统计案例
A.0<r1<r2<1 B.0<r2<r1<1
C.-1<r1<r2<0 D.-1<r2<r1<0
4.某企业的某种产品产量与单位成本数据如
下表所示.
产量X/千件 2 3 4 3 4 5
单位成本
Y/(元/件)
73 72 71 73 69 68
则相关系数r= .
相关系数的判定
[例1] 某统计部门对四组数据进行统计分
析后,获得如图所示的散点图,关于相关系
数的比较,其中正确的是 ( )
A.r4<r2<r1<r3 B.r2<r4<r1<r3
C.r2<r4<r3<r1 D.r4<r2<r3<r1
[思路点拨] 根据散点图的特征,数据大
致呈增长趋势的是正相关,数据呈递减趋
势的是负相关;数据越集中在一条线附近,
说明相关性越强,
两个随机变量的相关性可以通过成对样本
数据进行分析,而样本相关系数r可以反
映两个随机变量之间的线性相关程度:r
的符号反映了相关关系的正负性;|r|的大
小反映了两个变量线性相关的程度,根据
散点图可判断相关系数的正负和大小.
[变式训练]
1.下面的散点图与相关系数r一定不符合的是
( )
A.①②③ B.①②④
C.①③④ D.②③④
利用相关系数判断相关性
[例2] 一般来说,一个人的身高越高,他的
手就越大,为调查这一问题,对某校10名高
一男生的身高与右手长度进行测量得到如
下数据(单位:cm):
身高 168 170 171 172 174 176 178 178 180 181
右手
长度
19.020.021.021.521.022.023.024.022.523.0
(1)判断两者有无线性相关关系;
(2)如果具有线性相关关系,判断相关性的
强弱.
[思路点拨] 作出散点图,判断线性相关
性;根据公式求出相关系数,结论.
相关系数的关注点
(1)相关系数可以反映两个变量之间的线
性相关程度,即散点集中于一条直线的
程度,其 符 号 反 映 了 相 关 关 系 的 正
负性.
(2)变量间是否具有线性相关关系,可通过
散点图或相关系数作出判断,散点图只
是粗略作出判断,用相关系数能够较准
确的判断相关的程度.
402
数学(BS)选择性必修第一册
[变式训练]
2.垃圾是人类日常生活和生产中产生的废弃
物,由于排出量大,成分复杂多样,且具有污
染性,所以需要无害化、减量化处理.某省为
调查产生的垃圾数量,采用简单随机抽样的
方法抽取20个县城进行了分析,得到样本
数据(xi,yi)(i=1,2,,20),其中xi 和yi
分别表示第i个县城的人口(单位:万人)和
该县年垃圾产生总量(单位:吨),并计算得:
∑
20
i=1
xi=80,∑
20
i=1
yi=4000,∑
20
i=1
(xi-x)2=80,
∑
20
i=1
(yi-y)2=8000,∑
20
i=1
(xi-x)(yi-y)
=700.
(1)求这20个县年垃圾产生总量的平均值;
(2)请用相关系数说明该组数据中Y 与X
之间的关系可用线性回归模型进行拟合.
(当0.75<|r|≤1时,Y 与X 的相关关系较
强,否则相关关系较弱.)
参考公式:相关系数
r=
∑
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
∑
n
i=1
(xi-x)2∑
n
i=1
(yi-y)2
.
非线性相关性检验
[例3] 中药藿香产业
化种植已经成为某贫
困山区农民脱贫攻坚
的重要产业之一,藿香
在环境温度为15~28℃时生长旺盛,环境
温度高于28℃或低于15℃时生长缓慢或
停止.藿香的株高Y(单位:cm)与生长期内
环境温度15+X(单位:℃)中的X 有关,现
收集了13组藿香生长期内环境温度中的xi
和株高yi(i=1,2,,13)观测数据,得到如
图所示的(xi,yi)散点图.
根据散点图判断,可以利用模型Y=a+
b X或Y=c+dX
建立Y 关于X 的回归方
程,令S= X,T=1X
,统计处理得到一些数
据:(si,yi)的线性相关系数r1=0.8858,
(ti,yi)的线性相关系数r2=-0.9953.x=
10.15,y=109.94,s=3.04,t=0.16,∑
13
i=1
siyi
-13sy=13.94,∑
13
i=1
tiyi-13ty =-2.10,
∑
13
i=1
s2i-13s2=11.67,∑
13
i=1
t2i-13t2=0.21,∑
13
i=1
y2i
-13y2=21.22.用线性相关系数说明上面
的两种模型哪种适宜作为Y 关于X 的回归
方程,并求这种模型的回归方程,由此预测
这种中药藿香在生长期内的环境温度为
20℃ 时的株高(株高精确到1).
附:对于一组数据(ui,vi)(i=1,2,3,,n),
其回归直线V=̂α+̂βU的斜率和截距的最小二
乘估计分别为̂β=
∑
13
i=1
uivi-nuv
∑
13
i=1
u2i-nu2
,̂α=v-̂βu.
502
第七章 统计案例
非线性相关性检验的步骤:
(1)通过相关系数,选取适合的函数模型,
通过换元法转化成线性回归模型并转
化数据
(2)求换元后的回归直线方程
(3)建立非线性回归模型
[变式训练]
3.某公司为了了解年研发资金投人量 X(单
位:亿元)对年销售额Y(单位:亿元)的影
响.对公司近12年的年研发资金投入量xi
和年销售额yi 的数据,进行了对比分析,建
立了两个函数模型:①Y=α+βX
2,②Y=
eλX+t,其中α、β、λ、t均为常数,e为自然对数的
底数.并得到一些统计量的值.令ui=x2i,vi=
lnyi(i=1,2,,12),经计算得如下数据:
x y
12
i=1
(xi-x)2
12
i=1
(yi-y)2 u v
20 66 77 2 460 4.20
12
i=1
(ui-u)2
12
i=1
(ui-u)(yi-y)
12
i=1
(vi-v)2
12
i=1
(xi-x)
(vi-v)
31250 215 3.08 14
(1)请从相关系数的角度,分析哪一个模型
拟合程度更好?
(2)①根据(1)的选择及表中数据,建立Y 关
于X 的线性回归方程;
②若下一年销售额Y 需达到90亿元,预测
下一年的研发资金投入量X 是多少亿元?
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
,
回归直线Y=̂a+̂bX 中公式分别为:̂b=
n
i=1
(xi-x)(yi-y)
n
i=1
(xi-x)2
,̂a=y-̂bx;
参考数据:308=4×77,90≈9.4868,e4.4998
≈90.
[当堂达标]
1.对两个变量 X,Y 进行线性相关检验,得线
性相关系数r1=0.7859,对两个变量U,V
进行线性相关检验,得线性相关系数r2=
-0.9568,则下列判断正确的是 ( )
A.变量X 与Y 正相关,变量U 与V 负相
关,变量X 与Y 的线性相关性较强
B.变量 X 与Y 负相关,变量U 与V 正相
关,变量X 与Y 的线性相关性较强
C.变量 X 与Y 正相关,变量U 与V 负相
关,变量U 与V 的线性相关性较强
D.变量 X 与U 负相关,变量U 与V 正相
关,变量U 与V 的线性相关性较强
2.如图1,2分别表示样本容量均为7的A、B
两组成对数据的散点图,已知 A 组成对数
据的样本相关系数为r1,B 组成对数据的样
本相关系数为r2,则r1 与r2 的大小关系为
( )
A.r1=r2 B.r1<r2
C.r1>r2 D.无法判断
3.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之间的样本相关系数,r2 表示变量V 与U
之间的样本相关系数,则 ( )
A.r2<r1<0 B.0<r2<r1
C.r2<0<r1 D.r2=r1
4.某考察团对全国10个城市进行职工人均工
资水平X(千元)与居民人均消费水平Y(千
元)统计调查,Y 与X 具有相关关系,回归
方程为Y=0.66X+1.562,若某城市居民
人均消费水平为7675千元,试估计该城市
人均消费额占人均工资收入的百分比.
学习至此,请完成配套训练
602
数学(BS)选择性必修第一册