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求平均数的几个层次

前言

提起平均数,我们一般感觉不是很难,但是若融合到其他的数学素材中,就有了不同的外在表现形式,我们感觉也有了一定的难度,本博文针对平均数的考察方式,分几个层次加以综述:

常见层次

层次一:给定一组数据计算平均数;

  • 不带权重的平均数计算;

给定数据\(1,2,3,4,5\),求其平均数;

分析:\(\bar{x}=\cfrac{1+2+3+4+5}{5}=3\),

  • 带有权重的平均数计算;

给定数据\(2,2,4,4,4\),求其平均数;

\(\bar{x}=\cfrac{2+2+4+4+4}{5}=\cfrac{2\times 2+4\times 3}{5}\)\(=2\times \cfrac{2}{5}+4\times \cfrac{3}{5}\),

注释:表达式中的 \(\cfrac{2}{5}\) 和 \(\cfrac{3}{5}\) 的含义就是 \(\cfrac{频数}{样本容量}=频率\)。

  • 数学期望,就是带有权重的平均数。

比如,某随机变量 \(X\) 的分布列为

\(X\) \(1\) \(2\) \(3\) \(4\) \(5\)
\(P\) \(\cfrac{1}{625}\) \(\cfrac{12}{125}\) \(\cfrac{12}{25}\) \(\cfrac{48}{125}\) \(\cfrac{24}{625}\)

所以随机变量 \(X\) 的数学期望 \(E(X)=1\times\cfrac{1}{625}\)\(+\)\(2\times\cfrac{12}{125}\)\(+\)\(3\times\cfrac{12}{25}\)\(+\)\(4\times\cfrac{48}{625}\)\(+\)\(5\times\cfrac{24}{625}\)\(=\)\(\cfrac{2101}{625}\).

层次二,利用频率分布直方图计算平均数;

【2017高考真题卷Ⅱ文科19题改编】如图所示,求该频率分布直方图的平均数;

解析:

比如“旧养殖法”的平均数的计算

\(\bar{x}=27.5\times5\times0.012+32.5\times5\times0.014+37.5\times5\times0.024\)

\(+42.5\times5\times0.034+47.5\times5\times0.040+52.5\times5\times0.032\)

\(+57.5\times5\times0.020+62.5\times5\times0.012+67.5\times5\times0.012\)

\(=47.1\);

“新养殖法”的平均数的计算

\(\bar{y}=37.5\times5\times0.004+42.5\times5\times0.020+47.5\times5\times0.044\)

\(+52.5\times5\times0.068+57.5\times5\times0.046\)

\(+62.5\times5\times0.010+67.5\times5\times0.008\)

\(=52.35\);

层次三,带有概率的频率分布直方图计算平均数;

【选自2021届黄冈八模测试卷一第19题】小明每天从家步行去学校,有两条路线可以选择,第一条路线,需走天桥,不用等红灯,平均用时 \(910\) 秒;第二条路线,要经过两个红绿灯路口,如图,

\(A\) 处为小明家,\(D\) 处为学校,走路段 \(AB\) 需 \(240\) 秒,在 \(B\) 处有一红绿灯,红灯时长 \(120\) 秒,绿灯时长 \(30\) 秒,走路段 \(BC\) 需 \(450\) 秒;在 \(C\) 处也有一红绿灯,红灯时长 \(100\) 秒,绿灯时长 \(50\) 秒,走路段 \(CD\) 需 \(200\) 秒,小明进行了 \(60\) 天的试验,每天都选择第二条路线,并记录了在 \(B\) 处等待红灯的时长,经统计, \(60\) 天中有 \(48\) 天在 \(B\) 处遇到红灯,根据记录的 \(48\) 天等待红灯时长的数据绘制了下面的频率分布直方图。已知 \(B\) 处和 \(C\) 处的红灯亮起的时刻恰好始终保持相同,且红绿灯之间切换无时间间隔。

(1). 若小明选择第二条路线,设当小明到达 \(B\) 处的时刻为 \(B\) 处红灯亮起后的第 \(x\) 秒(\(0≤x<150\))时,小明在 \(B\) 处等待红灯的时长为 \(y\) 秒,求 \(y\) 关于 \(x\) 的函数的解析式.

分析:由题意,\(y\) 是 \(x\) 的一次型函数,又由于当 \(x=0\) 时,应该有 \(y=120\),当 \(x=120\) 时,应该有 \(y=0\),

故在等红灯阶段有 \(y=120-x\);综上得到,

\(y=\left\{\begin{array}{l}120-x, &0 \leqslant x<120 \\ 0,&120 \leqslant x<150\end{array}.\right.\)

(2). 若小明选择第二条路线,请估计小明在 \(B\) 处遇到红灯的概率,并问小明是否可能在 \(B\) 处和 \(C\) 处都遇到红灯.

分析:估计小明在 \(B\) 处遇到红灯的概率为 \(\cfrac{48}{60}=\cfrac{4}{5}\) 注意此处的关键词【估计】,其含义是用样本容量\(60\)里面出现红灯的频率来估计总体,即以后的任何一天在\(B\)处遇到红灯的概率,涉及的是用样本的数字特征来估计总体的数字特征;\(\quad\);

由于小明过 \(B\) 处的时刻一定是 \(B\) 处红灯亮起 \(120\) 秒后, 而 \(B\) 和 \(C\) 处的红灯亮起的时刻恰好始终保持相同且 \(B\) 处和 \(C\) 处红绿灯的时长之和相等,\(120+30\)\(=\)\(100+50\),都等于小明走路段 \(BC\) 所需的时间 \(450\) 秒的 \(\cfrac{1}{3}\),所以小明到达 \(C\) 处的时刻一定是 \(C\) 处红灯亮起 \(120\) 秒之后, 而此时已经是 \(C\) 处绿灯亮了 \(20\) 了,故小明不会在 \(C\) 处遇到红灯, 因此小明不可能在 \(B\) 处和 \(C\) 处都遇到红灯.

(3). 若取区间中点作为该区间对应的等待红灯的时长,以这两条路线的平均用时作为决策依据,小明应选择哪一条路线?

分析:小明走第二条路线平均等待红灯的时长,即利用频率分布直方图求平均值;此处又由于涉及碰到红灯和绿灯的概率不一致,故

小明走第二条路线平均等待红灯的时长

\((10\times 0.00625\) \(+30\times 0.015625\)\(+\)\(50\times 0.0125+\)\(70\times 0.00625\)\(+\)\(90\times 0.00625\)\(+\)\(110 \times 0.003125\)\()\times 20\)\(\times\cfrac{4}{5}+0\times\cfrac{1}{5}=40\) (秒),

小明走第二条路线平均用时为 \(240+450+200+40=930\) (秒),由于 \(930>910\) , 故小明应该选择第一条路线.

运算技巧

比如计算数据\(515,521,527,531,532,536,543,548,558,559\)的平均数。

\(\bar{x}=\cfrac{515+521+527+531+532+536+543+548+558+559}{10}=537\);

\(\bar{x}=\cfrac{500+15+500+21+500+27+500+31+500+32}{10}+\) \(\cfrac{500+36+500+43+500+48+500+58+500+59}{10}\)\(=537\);

\(\bar{x}=500+\cfrac{15+21+27+31+32+36+43+48+58+59}{10}=537\);

\(\bar{x}=540+\cfrac{-25-19-13-9-8-4+3+8+18+19}{10}=540+\cfrac{-30}{10}=537\);

某班级的 \(33\) 名学生的某日跑步里程如下表所示:

人数 \(1\) \(1\) \(2\) \(1\) \(5\) \(3\) \(20\)
跑步里程 \(5500\) \(5000\) \(3500\) \(3000\) \(2500\) \(2000\) \(1500\)

求该班级该日跑步里程的平均数、中位数、众数(精确到整数).

解析:中位数是 \(1500\) 米,众数是 \(1500\) 米,

平均数的计算如下:

\(\bar{x}=1500+\cfrac{1}{33}(4000+3500+2000\times2+1500+1000\times5+500\times3+0\times20)\approx 1500+591=2091\) 米。

〔解后反思〕当然也可以这样计算,求和的基准尽量选择最大的频数对应的数据,

\(\bar{x}=2500+\cfrac{1}{33}(3000+2500+1000\times2+500+0\times5-500\times3-1000\times20)\approx 2500-409=2091\) 米。

posted @ 2021-02-23 15:44  静雅斋数学  阅读(324)  评论(0)    收藏  举报

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