8.2 第1课时 一元线性回归模型及其参数的最小2乘估计-【优学精讲】2025-2026学年高中数学选择性必修第三册教用课件(人教A版)
2026-06-02
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教辅
摘要:
该高中数学课件聚焦一元线性回归模型、最小二乘估计及经验回归方程应用,课堂导入通过回顾散点图与样本相关系数,从相关关系判断自然过渡到建立统计模型,搭建从确定性关系到随机关系的学习支架。
其亮点是以生活实例(如父子身高、促销费用与销售额)驱动,通过数学抽象构建模型,数学运算落实参数求解,数学建模实现预测应用。规律方法与易错点总结系统,助力学生掌握,也为教师提供清晰教学路径。
内容正文:
第一课时 一元线性回归模型及其参数的最小二乘估计
1
1. 结合实例,了解一元线性回归模型的含义,了解模型参数的统计意义
(数学抽象).
2. 了解最小二乘法的思想,会求经验回归方程(数学运算、数学建模).
课标要求
通过前面的学习我们已经了解到,根据成对样本数据的散点图和样本相关
系数,可以推断两个变量是否存在相关关系、是正相关还是负相关,以及
线性相关程度的强弱等.进一步地,如果能像建立函数模型刻画两个变量
之间的确定性关系那样,通过建立适当的统计模型刻画两个随机变量的相
关关系,那么我们就可以利用这个模型研究两个变量之间的随机关系,并
通过模型进行预测.那么如何利用成对样本数据建立模型呢?
情境导入
知识点一 一元线性回归模型
01
知识点二 最小二乘法和经验回归方程
02
知识点三 利用经验回归方程进行预测
03
课时作业
04
目录
4
知识点一 一元线性回归模型
01
PART
目 录
问题1 生活经验告诉我们,儿子的身高与父亲的身高具有正相关的关
系,为了进一步研究两者之间的关系,有人调查了某所高校14名男大学生
的身高及其父亲的身高,得到的数据如表所示:
编号 1 2 3 4 5 6 7
父亲身高/cm 174 170 173 169 182 172 180
儿子身高/cm 176 176 170 170 185 176 178
编号 8 9 10 11 12 13 14
父亲身高/cm 172 168 166 182 173 164 180
儿子身高/cm 174 170 168 178 172 165 182
我们画出散点图(教材P105图8.2-1)并通过计算得到样本相关系数
r≈0.886.
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目 录
(1)由样本相关系数可以得到什么结论?
提示:通过样本相关系数可知儿子的身高与父亲的身高正线性相关,且相
关程度较高.
(2)这两个变量之间的关系可以用函数模型来刻画吗?
提示:不能.因为这两个变量之间不是函数关系,也就不能用函数模型
刻画.
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目 录
【知识梳理】
一元线性回归模型:我们称 为Y关于x的一元
线性回归模型.其中,Y称为 或 ,x称为
或 ; 称为截距参数, 称为斜率参数;e
是 与 之间的随机误差,如果e= ,那么Y与x之间
的关系就可以用一元线性函数模型来描述.
因变量
响应变量
自变
量
解释变量
a
b
Y
bx+a
0
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目 录
【例1】 判断下列变量间哪些能用函数模型刻画,哪些能用回归模型
刻画?
(1)某公司的销售收入和广告支出;
(2)某城市写字楼的出租率和每平方米月租金;
(3)航空公司的顾客投诉次数和航班正点率;
(4)某地区的人均消费水平和人均国内生产总值(GDP);
(5)学生期末考试成绩和考前用于复习的时间;
解:(1) (2)(3)(4)(5)能用回归模型刻画,
(6)一辆汽车在某段路程中的行驶速度和行驶时间;
(7)正方形的面积与周长.
解: (6) (7)能用函数模型刻画.
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【规律方法】
在一元线性回归模型Y=bx+a+e中,模型中的Y也是随机变量,其值虽
然不能由变量x的值确定,但是却能表示为bx+a与e的和(叠加),前一
部分由x所确定,后一部分是随机的.
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目 录
训练1 (1)在一元线性回归模型Y=bx+a+e中,下列说法正确的是
( C )
A. Y=bx+a+e是一次函数
B. 响应变量Y是由解释变量x唯一确定的
C. 响应变量Y除了受解释变量x的影响外,可能还受到其他因素的影响,
这些因素会导致随机误差e的产生
D. 随机误差e是由于计算不准确造成的,可通过精确计算避免随机误差e
的产生
C
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解析: 对于A,一元线性回归模型Y=bx+a+e中,方程表示的不
是确定性关系,因此不是一次函数,所以A错误;对于B,响应变量Y不是
由解释变量x唯一确定的,所以B错误;对于C,响应变量Y除了受解释变
量x的影响外,可能还受到其他因素的影响,这些因素会导致随机误差e的
产生,所以C正确;对于D,随机误差是不能避免的,只能将误差缩小,所
以D错误.故选C.
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目 录
(2)若某地财政收入x与支出Y满足一元线性回归模型Y=bx+a+e
(单位:亿元),其中b=0.7,a=3,|e|≤0.5,如果今年该地区财
政收入10亿元,年支出预计不会超过( D )
A. 9亿元 B. 9.5亿元
C. 10亿元 D. 10.5亿元
解析: 由题意知Y=0.7x+3+e.当x=10时,得Y=0.7×10+3+
e=10+e,又|e|≤0.5,即-0.5≤e≤0.5,所以9.5≤Y≤10.5,所
以年支出预计不会超过10.5亿元.
D
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目 录
知识点二 最小二乘法和经验回归方程
02
PART
目 录
问题2 在一元线性回归模型中,表达式Y=bx+a+e刻画了变量Y与x
之间的线性相关关系,其中参数a和b未知,确定参数a和b的原则是什
么?
提示:使表示成对样本数据的各散点在整体上与一条适当的直线尽可能地
接近.
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目 录
【知识梳理】
最小二乘法:我们将 = x+ 称为Y关于x的经验回归方程,也称经验回
归函数或经验回归公式,其图形称为经验回归直线,这种求经验回归方程
的方法叫做最小二乘法,求得的 , 叫做b,a的最小二乘估计,其中,
= = , = - .
提醒:(1)经验回归直线不一定过成对样本数据(x1,y1),(x2,
y2),…,(xn,yn)中的某一点;(2)经验回归直线一定经过样本点的
中心( , ).
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【例2】 (链接教材P113例)某班5名学生的数学和物理成绩如下表:
学生 A B C D E
数学成绩x/分 88 76 73 66 63
物理成绩y/分 78 65 71 64 61
(1)画出散点图;
解: 散点图如图所示.
(2)求物理成绩y关于数学成绩x的经验回归方程(结果保留三位小数).
参考公式: = = , = - .
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目 录
解: 因为 = ×(88+76+73+66+63)=73.2, = ×(78+
65+71+64+61)=67.8,
xiyi=88×78+76×65+73×71+66×64+63×61=25 054,
=882+762+732+662+632=27 174,
所以 = ≈0.625,
= - ≈67.8-0.625×73.2=22.05.
因此y关于x的经验回归方程为 =22.05+0.625x.
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目 录
【规律方法】
求经验回归方程的基本步骤
(1)画出散点图,从直观上分析数据间是否存在线性相关关系;
(2)计算 , , xiyi(或 (xi- )(yi- )), (或
(xi- )2);
(3)代入公式求出 = x+ 中参数 , 的值;
(4)写出经验回归方程并对实际问题作出估计.
提醒:只有在散点图大致呈线性时,求出的经验回归方程才有实
际意义.
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目 录
训练2 若根据变量x与y的对应关系(如表),求得y关于x的经验回归方
程为 =6.5x+17.5,则表中m的值为( A )
x 2 4 5 6 8
y 30 40 m 50 70
A. 60 B. 55
A
解析: 由表中数据,得 = ×(2+4+5+6+8)=5, = ×(30+
40+m+50+70)=38+ ,因为经验回归直线 =6.5x+17.5过点(5,
38+ ),所以38+ =6.5×5+17.5,解得m=60.
C. 50 D. 45
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目 录
知识点三 利用经验回归方程进行预测
03
PART
目 录
【例3】 某商场为了迎接暑期旅游旺季,确定暑期营销策略,进行了投
入促销费用x和商场实际销售额y的试验,得到如下四组数据.
投入促销费用x/万元 2 3 5 6
商场实际销售额y/万元 100 200 300 400
(1)画出上述数据的散点图,并据此判断两个变量是否具有较强的线性
相关关系;
解: 散点图如图所示.
从散点图上可以看出两个变量具有较强的线性相关关系.
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目 录
(2)求出x,y之间的经验回归方程 = x+ ;
解: 因为 = =4,
= =250,
xiyi=2×100+3×200+5×300+6×400=4 700,
=22+32+52+62=74,
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所以 = = =70, = - =250-70×4=-
30.
故所求的经验回归方程为 =70x-30.
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(3)若该商场计划实际销售额不低于600万元,则至少要投入多少万元的
促销费用?
参考公式: = , = - .
解: 由题意得70x-30≥600,即x≥ =9,
所以若该商场计划实际销售额不低于600万元,则至少要投入9万元的促销
费用.
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目 录
【规律方法】
1. 判断两个变量是否线性相关:可以利用经验,也可以画散点图.
2. 求经验回归方程:注意运算的正确性,要根据题目给出的数据选择公式
求 .
3. 根据经验回归方程进行预测估计:估计值不是实际值,两者会有一定的
误差.
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目 录
训练3 恩格尔系数法是国际上常用的一种测定贫困线的方法,是指居民
家庭年人均食物支出占年人均消费总支出的比重,它随家庭收入的增加而
下降,即恩格尔系数越大,生活越贫困.某调研小组通过调查得到了某地
年人均消费总支出x(万元)与恩格尔系数y的五组数据如下表:
x 1 1.5 2 2.5 3
y 0.9 0.7 0.5 0.3 0.2
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目 录
(1)请根据表中数据,用最小二乘法求出y关于x的经验回归方程;
解: 由题意可得 = ×(1+1.5+2+2.5+3)=2,
= ×(0.9+0.7+0.5+0.3+0.2)=0.52.
(xi- )(yi- )=-1×0.38-0.5×0.18+0.5×(-0.22)+
1×(-0.32)=-0.9,
(xi- )2=1+0.25+0.25+1=2.5,
则 =- =-0.36,
= - =1.24,故 =-0.36x+1.24.
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(2)若该地某居民家庭年人均消费总支出为2.6万元,估计该居民家庭的
恩格尔系数.
参考公式:经验回归方程 = x+ 中斜率和截距的最小二乘估计公式分
别为 = = , = - .
解: 当x=2.6时, =-0.36×2.6+1.24=0.304,
故估计该居民家庭的恩格尔系数为0.304.
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目 录
1. 〔多选〕下列有关经验回归方程 = x+ 的叙述正确的是( )
A. 反映 与x之间的函数关系
B. 反映y与x之间的函数关系
C. 表示 与x之间不确定关系
D. 表示最接近y与x之间真实关系的一条直线
解析: = x+ 表示 与x之间的函数关系,而不是y与x之间的
函数关系,但它反映的关系最接近y与x之间的真实关系,故选A、D.
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目 录
2. 在对两个变量x,y进行线性回归分析时一般有下列步骤:①对所求出
的回归方程作出解释;②收集数据(xi,yi),i=1,2,…,n;③求线
性回归方程;④根据所搜集的数据绘制散点图.若根据实际情况能够判定
变量x,y具有线性相关性,则在下列操作顺序中正确的是( )
A. ①②④③ B. ③②④①
C. ②③①④ D. ②④③①
解析: 根据实际情况能够判定变量x,y具有线性相关性的顺序为:收
集数据(xi,yi),i=1,2,…,n;根据所搜集的数据绘制散点图;求
线性回归方程;对所求出的回归方程作出解释.故选D.
√
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3. 对具有线性相关关系的变量x,y,测得一组数据如下表,根据表中数
据,利用最小二乘法得到经验回归方程为 =10.5x+ ,据此模型预测
当x=20时,y的估计值为( )
x 2 4 5 6 8
y 20 40 60 70 80
A. 210 B. 210.5 C. 211.5 D. 212.5
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解析: 由题意可知, = =5, = =54.
∵经验回归直线经过样本中心点,∴54=10.5×5+ , =1.5,经验回
归方程为 =10.5x+1.5,当x=20时,y的估计值为10.5×20+1.5=
211.5.故选C.
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4. 若根据5名儿童的年龄x(岁)和体重y(kg)的数据用最小二乘法得到
用年龄预报体重的经验回归方程是 =2x+18,已知这5名儿童的年龄分
别是3,5,2,6,4,则这5名儿童的平均体重是 kg.
解析:由题意得, = =4,由于经验回归直线过样本的中心点
( , ),所以 =2 +18=2×4+18=26,则这5名儿童的平均体重是
26 kg.
26
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课堂小结
1. 理清单
(1)一元线性回归模型;
(2)最小二乘法、经验回归方程的求法;
(3)利用经验回归方程进行预测.
2. 应体会
(1)利用公式法求线性回归方程;
(2)利用经验回归方程对总体进行预测体现了转化与化归思想.
3. 避易错
利用公式 = 求值时易发生计算错误.
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课时作业
04
PART
目 录
1. 在有线性相关关系的两个变量建立的经验回归方程 = + x中,
( )
A. 不能小于0 B. 不能大于0
C. 不能等于0 D. 只能小于0
解析: 当 =0时,不具有线性相关关系,但 能大于0,也能小于0.
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目 录
2. 已知某经验回归方程为 =2-3x,则当解释变量增加1个单位时,响应
变量平均( )
A. 增加3个单位 B. 增加 个单位
C. 减少3个单位 D. 减少 个单位
解析: 依题意,经验回归方程为 =2-3x,所以当解释变量增加1个
单位时,响应变量平均减少3个单位.故选C.
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3. 用最小二乘法得到一组数据(xi,yi)(i=1,2,3,4,5,6)的经
验回归方程为 =2x+3,若 xi=30,则 yi=( )
A. 11 B. 13 C. 63 D. 78
解析: 依题意,因为 xi=30,所以 = =5,因为经验回归方程
=2x+3一定过点( , ),所以 =2 +3=2×5+3=13,所以 yi=
6×13=78.故选D.
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4. 经过对中学生记忆能力x和识图能力y进行统计分析,得到如下数据:
记忆能力x 4 6 8 10
识图能力y 3 5 6 8
由表中数据,求得经验回归方程为 = x+ ,若小明同学的记忆能力为
15,则可预测其识图能力为( )
A. 8 B. 9.6
C. 11.2 D. 11.9
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解析: 由表中数据可得, = ×(4+6+8+10)=7, = ×(3+
5+6+8)=5.5,又经验回归方程为 = x+ ,则5.5= ×7+ ,解得
=-0.1,故 = x- ,当x=15时, = ×15- =11.9.故选D.
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5. 〔多选〕数据(x,y)的5组测量值(xi,yi)(i=1,2,3,4,
5),已知 =90, xiyi=112, xi=20, yi=25.若y对x的经
验回归方程记作 = x+ ,则( )
A. =1.2
B. =0.2
C. y与x正相关
D. x=8时,y的估计值为9
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解析: 由已知的数据可得 = xi=4, = yi=5, =
= = =1.2, = - =5-1.2×4
=0.2,所以经验回归方程为 =1.2x+0.2.因为 =1.2>0,所以y与x
正相关.当x=8时, =1.2×8+0.2=9.8.故A、B、C选项正确,D选项
错误.
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6. 如图是一组数据(x,y)的散点图,经最小二乘估计公式计算,y与x
之间的经验回归方程为 = x+1,则 = .
解析:由题图知 = =2, = =2.6,将(2,2.6)
代入 = x+1中,解得 =0.8.
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7. 为了研究某班学生的脚长x(单位:cm)和身高y(单位:cm)的关
系,从该班随机抽取10名学生,根据测量数据的散点图可以看出y与x之间
有线性相关关系,设其经验回归方程为 = x+ ,已知 xi=225,
yi=1 600, =4.该班某学生的脚长为24 cm,据此估计其身高
为 cm.
解析:由题意可知 =4x+ ,又 =22.5, =160,∴160=22.5×4+
,得 =70,因此 =4x+70.当x=24时, =4×24+70=96+70=
166.
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8. 从某居民区随机抽取10个家庭,获得第i个家庭的月收入xi(单位:千
元)与月储蓄yi(单位:千元)的数据资料,算得 xi=80, yi=20,
xiyi=184, =720.
(1)求家庭的月储蓄y与月收入x的经验回归方程 = x+ ;
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解: 由题意,知n=10, = xi= =8, = yi= =2,
又 -10 =720-10×82=80,
xiyi-10 =184-10×8×2=24,则 = =0.3,
= - =2-0.3×8=-0.4,
故所求经验回归方程为 =0.3x-0.4.
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(2)判断变量x与y之间是正相关还是负相关;
解: 由于变量y的值随x值的增加而增加( =0.3>0),故x与y之
间是正相关.
(3)若该居民区某家庭月收入为7千元,预测该家庭的月储蓄.
附:经验回归方程 = x+ 中, = , = - ,其中
, 为样本平均值.
解: 将x=7代入经验回归方程可以预测该家庭的月储蓄为 =
0.3×7-0.4=1.7(千元).
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9. 根据以下样本数据
x 1 3 5 7
y 6 4.5 3.5 2.5
得到经验回归方程为 = x+ .则( )
A. <0, <0 B. >0, >0
C. <0, >0 D. >0, <0
解析: 由表中数据可得随着x的增大,y越来越小,所以 <0,又因
为当x=1时,y=6,所以当x=0时,y>6,所以 >0,故选D.
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目 录
10. 〔多选〕已知两个变量y与x线性相关,为研究其具体的线性关系进行
了10次试验.试验中不慎丢失2个数据点,根据剩余的8个数据点求得的经
验回归方程为 =3x+4.5,且 =4,又增加了2次试验,得到2个数据点
(2,11),(6,22),根据这10个数据点重新求得经验回归方程为 =
mx+n(其中m,n∈R),则( )
A. 变量y与x正相关
B. m<3
C. n<4.5
D. 经验回归直线 =mx+n经过点(4,16.5)
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目 录
解析: 设A(2,11),B(6,22),由kAB= <3,而8个数据点
的经验回归方程中 =3,∴0<m<3,A、B正确;10个数据点的 '=
=4, '= =16.5,∴经验回归直线过定点
(4,16.5),则16.5=4m+n,n=16.5-4m,0<m<3,0<4m<
12,-12<-4m<0,4.5<16.5-4m<16.5,即4.5<n<16.5,∴D正
确,C错误.
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11. 〔多选〕月亮公转与自转的周期大约为30天,阴历是以月相变化为依
据.人们根据长时间的观测,统计了月亮出来的时间y(简称“月出时
间”,单位:小时)与天数x(x为阴历日数,x∈N*,且0≤x≤30)的有
关数据如表,并且根据表中数据,求得y关于x的经验回归方程为 =0.8x
+ .
x 2 4 7 10 15 22
y 8.1 9.4 12 14.4 18.5 24
其中,阴历22日是分界线,从阴历22日开始月亮就要到第二天(即23日
0:00)才升起.则( )
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A. 经验回归直线过点(10,14.4)
B. =6.8
C. 预测月出时间为16时的那天是阴历13日
D. 预测阴历27日的月出时间为阴历28日早上4:00
解析: = =10, = =
14.4,故经验回归直线过点(10,14.4),选项A正确;将点(10,
14.4)代入 =0.8x+ ,得 =6.4,B错误;∵ =0.8x+6.4,当y=
16时,x=12,∴月出时间为阴历12日,选项C错误;∵阴历27日时,即x
=27,代入得 =0.8×27+6.4=28,∴日出时间应该为28日早上4:00,
选项D正确.
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12. 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号到5号每天打篮球时间x(单位:h)与当天投篮命中率
y之间的关系:
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 ;用线性回归分析的方法,预
测小李该月6号打6小时篮球的投篮命中率为 .
0.5
0.53
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解析:小李这5天的平均投篮命中率 = ×(0.4+0.5+0.6+0.6+
0.4)=0.5, =3,计算得 = =0.01, = - =0.5-0.03=
0.47.∴经验回归方程为 =0.01x+0.47,则当x=6时, =0.53.∴预
测小李该月6号打6小时篮球的投篮命中率为0.53.
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13. 一台还可以用的机器由于使用的时间较长,它按不同的转速生产出来
的某机械零件有一些会有缺陷,每小时生产有缺陷零件的多少随机器运转
的速率而变化,下表为抽样试验结果:
转速x(转/秒) 16 14 12 8
每小时生产有缺
陷的零件数y(件) 11 9 8 5
(1)画出散点图;
解: 画出散点图,如图所示.
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(2)如果y与x有线性相关的关系,求经验回归方程;
解: ∵ =12.5, =8.25, xiyi=438, =660,
∴ = = ≈0.728 6,
= - ≈8.25-0.728 6×12.5=-0.857 5.
故经验回归方程为 =0.728 6x-0.857 5.
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(3)若实际生产中,允许每小时生产的产品中有缺陷的零件最多为10
件,那么机器的运转速度应控制在什么范围内?(结果保留一位小数)
解: 要使y≤10,则0.728 6x-0.857 5≤10,得x<14.901 9.
故机器的转速应控制在14.9转/秒及以下.
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