人教A版数学必修三2-1-1简单随机抽样 7页

/ 第二章 统计 本章教材分析 现代社会是信息化的社会，数字信息随处可见，因此专门研究如何收集、整理、分析数 据的科学——统计学就备受重视．统计学是研究如何收集、整理、分析数据的科学，它可以 为人们制定决策提供依据．在客观世界中，需要认识的现象无穷无尽．要认识某现象的第一 步就是通过观察或试验取得观测资料，然后通过分析这些资料来认识此现象．如何取得有代 表性的观测资料并能够正确地加以分析，是正确地认识未知现象的基础，也是统计所研究的 基本问题．本章主要介绍最基本的获取样本数据的方法，以及几种从样本数据中提取信息的 统计方法，其中包括用样本估计总体分布、数字特征和线性回归等内容． 从义务教育阶段来看，统计知识的教学从小学到初中分为三个阶段，在每个阶段都要学 习收集、整理、描述和分析数据等处理数据的基本方法，教学目标随着学段的升高逐渐提 高．在义务教育阶段的统计与概率知识的基础上，《课程标准》要求通过实际问题及情境， 进一步介绍随机抽样、样本估计总体、线性回归的基本方法，了解用样本估计总体及其特征 的思想，体会统计思维与确定性思维的差异；通过实习作业，较为系统地经历数据收集与处 理的全过程，进一步体会统计思维与确定性思维的差异． 本章教学时间约需 7 课时，具体分配如下（仅供参考）： 2.1.1 简单随机抽样 约 1 课时 2.1.2 系统抽样 约 1 课时 2.1.3 分层抽样 约 1 课时 2.2.1 用样本的频率分布估计总体分布 约 1 课时 2.2.2 用样本的数字特征估计总体的数字特征 约 1 课时 2.3 变量间的相关关系 约 1 课时 本章复习 约 1 课时 / §2.1 随机抽样 §2.1.1 简单随机抽样 一、教材分析 教材是以探究一批小包装饼干的卫生是否达标为问题导向，逐步引入简单随机抽样概 念．并通过实例介绍了两种简单随机抽样方法：抽签法和随机数法． 值得注意的是为了使学生获得简单随机抽样的经验，教学中要注意增加学生实践的机 会．例如，用抽签法决定班里参加某项活动的代表人选，用随机数法从全年级同学中抽取样 本计算平均身高等等． 二、教学目标 1、知识与技能： 正确理解随机抽样的概念，掌握抽签法、随机数表法的一般步骤； 2、过程与方法： （1）能够从现实生活或其他学科中提出具有一定价值的统计问题； （2）在解决统计问题的过程中，学会用简单随机抽样的方法从总体中抽取样本。 3、情感态度与价值观： 通过对现实生活和其他学科中统计问题的提出，体会数学知识与现实世界及各学科知识 之间的联系，认识数学的重要性。 三、重点难点 教学重点：理解随机抽样的必要性和重要性，用抽签法和随机数法抽取样本． 教学难点：抽签法和随机数法的实施步骤． 四、课时安排 1 课时 五、教学设计 （一）导入新课 抽样的方法很多，某个抽样方法都有各自的优越性与局限性，针对不同的问题应当选择 适当的抽样方法．教师点出课题：简单随机抽样． （二）推进新课、新知探究、提出问题 (1)在 1936 年美国总统选举前，一份颇有名气的杂志(Literary Digest)的工作人员做了一 次民意测验.调查兰顿(A.Landon)(当时任堪萨斯州州长)和罗斯福(F.D.Roosevelt)(当时的总统) 中谁将当选下一届总统.为了了解公众意向,调查者通过电话簿和车辆登记簿上的名单给一大 批人发了调查表(注意在 1936 年电话和汽车只有少数富人拥有).通过分析收回的调查表,显示 兰顿非常受欢迎,于是此杂志预测兰顿将在选举中获胜. 实际选举结果正好相反,最后罗斯福在选举中获胜,其数据如下: 候选人 预测结果% 选举结果% Roosevelt 43 62 Landon 57 38 / 你认为预测结果出错的原因是什么？由此可以总结出什么教训？ （2）假设你作为一名食品卫生工作人员，要对某食品店内的一批小包装饼干进行卫生达标 检验，你准备怎样做？显然，你只能从中抽取一定数量的饼干作为检验的样本．那么，应当 怎样获取样本呢？ （3）请总结简单随机抽样的定义. 讨论结果： (1)预测结果出错的原因是：在民意测验的过程中，即抽取样本时，抽取的样本不具有代表 性．1936 年拥有电话和汽车的美国人只是一小部分，那时大部分人还很穷．其调查的结果 只是富人的意见，不能代表穷人的意见． 由此可以看出，抽取样本时，要使抽取出的样本具有代表性，否则调查的结果与实际相 差较大． (2)要对这批小包装饼干进行卫生达标检查，只能从中抽取一定数量的饼干作为检验的样本， 用样本的卫生情况来估计这批饼干的卫生情况．如果对这批饼干全部检验，那么费时费力， 等检查完了，这批饼干可能就超过保质期了，再就是会破坏这批饼干的质量，导致无法出售． 获取样本的方法是：将这批小包装饼干，放入一个不透明的袋子中，搅拌均匀，然后不 放回地摸取（这样可以保证每一袋饼干被抽到的可能性相等），这样就可以得到一个样本．通 过检验样本来估计这批饼干的卫生情况．这种抽样方法称为简单随机抽样． (3)一般地，设一个总体含有 N 个个体，从中逐个不放回地抽取 n 个个体作为样本(n≤N)，如 果每次抽取时总体内的各个个体被抽到的机会都相等，就把这种抽样方法叫做简单随机抽 样．最常用的简单随机抽样方法有两种：抽签法和随机数法． 提出问题 (1)抽签法是大家最熟悉的，也许同学们在做某种游戏，或者选派一部分人参加某项活 动时就用过抽签法.例如,高一(2)班有 45 名学生,现要从中抽出 8 名学生去参加一个座谈会,每 名学生的机会均等.我们可以把 45 名学生的学号写在小纸片上,揉成小球,放到一个不透明袋 子中,充分搅拌后,再从中逐个抽出 8 个号签,从而抽出 8 名参加座谈会的学生. 请归纳抽签法的定义.总结抽签法的步骤. (2)你认为抽签法有什么优点和缺点？当总体中的个体数很多时，用抽签法方便吗？ (3)随机数法是利用随机数表或随机骰子或计算机产生的随机数进行抽样．我们仅学习随机 数表法即利用随机数表产生的随机数进行简单随机抽样的方法． 怎样利用随机数表产生样本呢?下面通过例子来说明. 假设我们要考察某公司生产的 500 克袋装牛奶的质量是否达标,现从 800 袋牛奶中抽取 60 袋进行检验.利用随机数表抽取样本时,可以按照下面的步骤进行. 第一步,先将 800 袋牛奶编号,可以编为 000,001,…,799. 第二步,在随机数表中任选一个数.例如选出第 8 行第 7 列的数 7(为了便于说明,下面摘取 了附表 1 的第 6 行至第 10 行.) 16 22 77 94 39 49 54 43 54 82 17 37 93 23 78 87 35 20 96 43 84 26 34 91 64 84 42 17 53 31 57 24 55 06 88 77 04 74 47 67 21 76 33 50 25 83 92 12 06 76 63 01 63 78 59 16 95 55 67 19 98 10 50 71 75 12 86 73 58 07 44 39 52 38 79 33 21 12 34 29 78 64 56 07 82 52 42 07 44 38 15 51 00 13 42 99 66 02 79 54 57 60 86 32 44 09 47 27 96 54 49 17 46 09 62 90 52 84 77 27 08 02 73 43 28 第三步,从选定的数 7 开始向右读(读数的方向也可以是向左、向上、向下等),得到一个 三位数 785,由于 785<799,说明号码 785 在总体内,将它取出;继续向右读,得到 916,由于 916>799,将它去掉.按照这种方法继续向右读,又取出 567,199,507,…,依次下去,直到样本的 60 个号码全部取出.这样我们就得到一个容量为 60 的样本. / 请归纳随机数表法的步骤. (4)当 N＝100 时，分别以 0，3，6 为起点对总体编号，再利用随机数表抽取 10 个号码．你 能说出从 0 开始对总体编号的好处吗？ (5)请归纳随机数表法的优点和缺点． 讨论结果： (1)一般地,抽签法就是把总体中的 N 个个体编号，把号码写在号签上,将号签放在一个容器中, 搅拌均匀后,每次从中抽取一个号签,连续抽取 n 次,就得到一个容量为 n 的样本. 抽签法的步骤是： 1°将总体中个体从 1—N 编号； 2°将所有编号 1—N 写在形状、大小相同的号签上； 3°将号签放在一个不透明的容器中，搅拌均匀； 4°从容器中每次抽取一个号签，并记录其编号，连续抽取 n 次； 5°从总体中将与抽取到的签的编号相一致的个体取出． (2)抽签法的优点是简单易行，缺点是当总体的容量非常大时，费时、费力，如果标号的签 搅拌得不均匀，会导致抽样不公平．因此说当总体中的个体数很多时，用抽签法不方便．这 时用随机数法． (3)随机数表法的步骤： 1°将总体中个体编号； 2°在随机数表中任选一个数作为开始； 3°规定从选定的数读取数字的方向； 4°开始读取数字，若不在编号中，则跳过，若在编号中则取出，依次取下去，直到取满为 止； 5°根据选定的号码抽取样本． (4)从 0 开始编号时，号码是 00，01，02，…，99；从 3 开始编号时，号码是 003，004，…， 102；从 6 开始编号时，号码是 006，007，…，105．所以以 3，6 为起点对总体编号时，所 编的号码是三位，而从 0 开始编号时，所编的号码是两位，在随机数表中读数时，读取两位 比读取三位要省时，所以从 0 开始对总体编号较好． (5)综上所述可知，简单随机抽样有操作简便易行的优点，在总体个数不多的情况下是行之 有效的.但是，如果总体中的个体数很多时，对个体编号的工作量太大，即使用随机数表法 操作也并不方便快捷.另外，要想“搅拌均匀”也非常困难，这就容易导致样本的代表性差. （三）应用示例 例 1 某车间工人加工一种轴共 100 件，为了了解这种轴的直径，要从中抽取 10 件轴在同 一条件下测量，如何采用简单随机抽样的方法抽取样本？ 分析：简单随机抽样有两种方法：抽签法和随机数表法，所以有两种思路． 解法一（抽签法）： ①将 100 件轴编号为 1，2，…，100； ②做好大小、形状相同的号签，分别写上这 100 个号码； ③将这些号签放在一个不透明的容器内，搅拌均匀； ④逐个抽取 10 个号签； ⑤然后测量这 10 个号签对应的轴的直径的样本． 解法二（随机数表法）： ①将 100 件轴编号为 00，01，…99； ②在随机数表中选定一个起始位置，如取第 22 行第 1 个数开始(见教材附录 1:随机数表)； / ③规定读数的方向，如向右读; ④依次选取 10 个为 68，34，30，13，70，55，74，77，40，44， 则这 10 个号签相应的个体即为所要抽取的样本． 点评：本题主要考查简单随机抽样的步骤．抽签法的关键是为了保证每个个体被抽到的 可能性相等而必须搅拌均匀，当总体中的个体无差异，并且总体容量较小时，用抽签法；用 随机数表法读数时，所编的号码是几位，读数时相应地取连续的几个数字，当总体中的个体 无差异，并且总体容量较多时，用抽签法． 变式训练 1.下列抽样的方式属于简单随机抽样的有____________． （1）从无限多个个体中抽取 50 个个体作为样本． （2）从 1 000 个个体中一次性抽取 50 个个体作为样本． （3）将 1 000 个个体编号，把号签放在一个足够大的不透明的容器内搅拌均匀，从中逐个 抽取 50 个个体作为样本． （4）箱子里共有 100 个零件，从中选出 10 个零件进行质量检验，在抽样操作中，从中任意 取出一个零件进行质量检验后，再把它放回箱子． （5）福利彩票用摇奖机摇奖． 解析：（1）中，很明显简单随机抽样是从有限多个个体中抽取，所以（1）不属于；（2） 中，简单随机抽样是逐个抽取，不能是一次性抽取，所以（2）不属于；很明显（3）属于简 单随机抽样；（4）中，抽样是放回抽样，但是简单随机抽样是不放回抽样，所以（4）不属 于；很明显（5）属于简单随机抽样． 答案：（3）（5） 2.要从某厂生产的 30 台机器中随机抽取 3 台进行测试，写出用抽签法抽样样本的过程． 分析：由于总体容量和样本容量都较小，所以用抽签法． 解：抽签法，步骤： 第一步，将 30 台机器编号，号码是 01，02，…，30. 第二步，将号码分别写在一张纸条上，揉成团，制成号签. 第三步，将得到的号签放入不透明的袋子中，并充分搅匀. 第四步，从袋子中依次抽取 3 个号签，并记录上面的编号. 第五步，所得号码对应的 3 台机器就是要抽取的样本． 例 2 人们打桥牌时，将洗好的扑克牌随机确定一张为起始牌，这时按次序搬牌时，对任何 一家来说，都是从 52 张牌中抽取 13 张牌，问这种抽样方法是否是简单随机抽样？ 解：简单随机抽样的实质是逐个地从总体中随机抽取样本，而这里只是随机确定了起始 张，其他各张牌虽然是逐张起牌，但是各张在谁手里已被确定，所以不是简单随机抽样． 点评：判断简单随机抽样时，要紧扣简单随机抽样的特征：逐个、不放回抽取且保证每 个个体被抽到的可能性相等． 变式训练 现在有一种“够级”游戏，其用具为四副扑克，包括大小鬼（又称为花）在内共 216 张牌， 参与人数为 6 人并坐成一圈．“够级”开始时，从这 6 人中随机指定一人从已经洗好的扑克牌 中随机抽取一张牌（这叫开牌），然后按逆时针方向，根据这张牌上的数字来确定谁先抓牌， 这 6 人依次从 216 张牌中抓取 36 张牌，问这种抓牌方法是否是简单随机抽样？ 解：在这里只有抽取的第一张扑克牌是随机抽取的，其他 215 张牌已经确定，即这 215 / 张扑克牌被抽取的可能性与第一张扑克牌可能性不相同，所以不是简单随机抽样． （四）知能训练 1．为了了解全校 240 名学生的身高情况，从中抽取 40 名学生进行测量，下列说法正确的是 （ ） A.总体是 240 B.个体 C.样本是 40 名学生 D.样本容量是 40 答案：D 2．为了了解所加工一批零件的长度，抽测了其中 200 个零件的长度，在这个问题中，200 个零件的长度是（ ） A.总体 B.个体 C.总体的一个样本 D.样本容量 答案：C 3．一个总体中共有 200 个个体，用简单随机抽样的方法从中抽取一个容量为 20 的样本，则 某一特定个体被抽到的可能性是____________． 答案： 10 1 4．为了检验某种产品的质量，决定从 40 件产品中抽取 10 件进行检查，如何用简单随机抽 样抽取样本？ 解：方法一（抽签法）： ①将这 40 件产品编号为 1，2，…，40； ②做好大小、形状相同的号签，分别写上这 40 个号码； ③将这些号签放在一个不透明的容器内，搅拌均匀； ④连续抽取 10 个号签； ⑤然后对这 10 个号签对应的产品检验． 方法二（随机数表法）： ①将 40 件产品编号，可以编为 00,01,02，…，38,39； ②在随机数表中任选一个数作为开始，例如从第 8 行第 9 列的数 5 开始，； ③从选定的数 5 开始向右读下去，得到一个两位数字号码 59，由于 59＞39，将它去掉；继 续向右读，得到 16，将它取出；继续下去，又得到 19,10,12,07,39,38,33,21，随后的两位数 字号码是 12，由于它在前面已经取出，将它去掉，再继续下去，得到 34．至此，10 个样本 号码已经取满，于是，所要抽取的样本号码是 16,19,10,12,07,39,38,33,21,34． （五）拓展提升 现有一批编号为 10，11，…，99，100，…，600 的元件，打算从中抽取一个容量为 6 的样本进行质量检验．如何用随机数法设计抽样方案？ 分析：重新编号，使每个号码的位数相同． 解：方法一： 第一步，将元件的编号调整为 010，011，012，…，099，100，…，600. 第二步，在随机数表中任选一数作为开始，任选一方向作为读数方向．比如，选第 6 行第 7 个数“9”,向右读. 第三步,从数“9”开始，向右读，每次读取三位，凡不在 010—600 中的数跳过去不读，前面 已经读过的也跳过去不读，依次可得到 544，354，378，520，384，263. 第四步,以上这 6 个号码所对应的 6 个元件就是所要抽取的对象． 方法二: / 第一步,将每个元件的编号加 100，重新编号为 110，111，112，…，199，200，…，700. 第二步,在随机数表中任选一数作为开始，任选一方向作为读数方向．比如，选第 8 行第 1 个数“6”,向右读. 第三步,从数“6”开始，向右读，每次读取三位，凡不在 110—700 中的数跳过去不读，前面 已经读过的也跳过去不读，依次可得到 630，163，567，199，507，175. 第四步,这 6 个号码分别对应原来的 530，63，467，99，407，75．这些号码对应的 6 个元件 就是要抽取的对象． （六）课堂小结 1．简单随机抽样是一种最简单、最基本的抽样方法，简单随机抽样有两种选取个体的方法： 放回和不放回，我们在抽样调查中用的是不放回抽样，常用的简单随机抽样方法有抽签法和 随机数法． 2．抽签法的优点是简单易行，缺点是当总体的容量非常大时，费时、费力，又不方便，如 果标号的签搅拌得不均匀，会导致抽样不公平，随机数表法的优点与抽签法相同，缺点是当 总体容量较大时，仍然不是很方便，但是比抽签法公平，因此这两种方法只适合总体容量较 小的抽样类型． 3．简单随机抽样每个个体入样的可能性都相等，均为 N n ，但是这里一定要将每个个体入样 的可能性、第 n 次每个个体入样的可能性、特定的个体在第 n 次被抽到的可能性这三种情况 区分开来，避免在解题中出现错误． （七）作业 课本本节练习 2、3．