精校版高中數(shù)學(xué)北師大版必修三教學(xué)案:第一章167;2 第2課時(shí) 分層抽樣與系統(tǒng)抽樣 含答案
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1、最新精選優(yōu)質(zhì)數(shù)學(xué)資料 最新精選優(yōu)質(zhì)數(shù)學(xué)資料 第2課時(shí) 分層抽樣與系統(tǒng)抽樣 [核心必知] 1.分層抽樣的概念 將總體按其屬性特征分成若干類型(有時(shí)稱作層),然后在每個(gè)類型中按照所占比例隨機(jī)抽取一定的樣本.這種抽樣方法通常叫作分層抽樣,有時(shí)也稱為類型抽樣. 2.系統(tǒng)抽樣的概念 系統(tǒng)抽樣是將總體中的個(gè)體進(jìn)行編號(hào),等距分組,在第一組中按照簡單隨機(jī)抽樣抽取第一個(gè)樣本,然后按分組的間隔(稱為抽樣距)抽取其他樣本. 系統(tǒng)抽樣又叫等距抽樣或機(jī)械抽樣. [問題思考] 1.分層抽樣時(shí)為什么要將總體分成互不重疊的層? 提示:在總體中由于個(gè)體之間存在著明顯的差異,為了使抽取的樣本更合理,
2、更具有代表性,所以將總體分成互不重疊的層,而后獨(dú)立地抽取一定數(shù)量的個(gè)體. 2.系統(tǒng)抽樣的第二步中,當(dāng)不是整數(shù)時(shí),從總體中剔除一些個(gè)體采用的方法是什么?影響系統(tǒng)抽樣的公平性嗎? 提示:剔除一些個(gè)體可以用簡單隨機(jī)抽樣抽取,不影響系統(tǒng)抽樣的公平性. 講一講 1.某企業(yè)共有3 200名職工,其中青、中、老年職工的比例為3∶5∶2.若從所有職工中抽取一個(gè)容量為400的樣本,則采用哪種抽樣方法更合理?青、中、老年職工應(yīng)分別抽取多少人?每人被抽到的可能性相同嗎? [嘗試解答] 因?yàn)榭傮w由差異明顯的三部分(青、中、老年)組成,所以采用分層抽樣的方法更合理. 因?yàn)榍?、中、老年職工的?/p>
3、例是3∶5∶2,所以應(yīng)分別抽取: 青年職工400×=120(人);中年職工400×=200(人); 老年職工400×=80(人). 由樣本容量為400,總體容量為3 200可知,抽樣比是=,所以每人被抽到的可能性相同,均為. 分層抽樣的步驟: (1)根據(jù)已經(jīng)掌握的信息,將總體分成互不重疊的層; (2)根據(jù)總體中的個(gè)體數(shù)N和樣本容量n計(jì)算抽樣比 k=; (3)確定第i層應(yīng)該抽取的個(gè)體數(shù)目ni=Ni×k(Ni為第i層所包含的個(gè)體數(shù)),使得各ni之和為n; (4)在各層中,按步驟(3)中確定的數(shù)目在各層中隨機(jī)地抽取個(gè)體,合在一起得到容量為n
4、的樣本. 練一練 1.某城市有210家百貨商店,其中大型商店20家,中型商店40家,小型商店150家.為了掌握各商店的營業(yè)情況,計(jì)劃抽取一個(gè)容量為21的樣本,按照分層抽樣方法抽取時(shí),各種百貨商店分別要抽取多少家?寫出抽樣過程. 解:第一步:樣本容量與總體容量的比為=;第二步:確定各種商店要抽取的數(shù)目:大型商店:20×=2(家),中型商店:40×=4(家),小型商店:150×=15(家);第三步:采用簡單隨機(jī)抽樣在各層中分別抽取大型商店2家,中型商店4家,小型商店15家,綜合每層抽樣即得樣本. 2.相關(guān)部門對某食品廠生產(chǎn)的303盒月餅進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),需要從
5、中抽取10盒,請用系統(tǒng)抽樣法完成對此樣本的抽?。? [嘗試解答] 第一步 將303盒月餅用隨機(jī)的方式編號(hào). 第二步 從總體中剔除3盒月餅,將剩下的300盒月餅重新編號(hào)(分別為000,001,…,299),并分成10段. 第三步 在第一段中用簡單隨機(jī)抽樣抽取起始號(hào)碼l. 第四步 將編號(hào)為l,l+30,l+2×30,…,l+9×30的個(gè)體取出,組成樣本. 1.當(dāng)總體容量能被樣本容量整除時(shí),分段間隔k=;當(dāng)用系統(tǒng)抽樣抽取樣本時(shí),通常是將起始數(shù)s加上間隔k得到第2個(gè)個(gè)體編號(hào)(s+k),再加k得到第3個(gè)個(gè)體編號(hào)(s+2k),依次進(jìn)行下去,直到獲得整個(gè)樣本. 2.當(dāng)總體容
6、量不能被樣本容量整除時(shí),可以先從總體中隨機(jī)剔除幾個(gè)個(gè)體,但要注意的是剔除過程必須是隨機(jī)的,也就是總體中的每個(gè)個(gè)體被剔除的機(jī)會(huì)均等,剔除幾個(gè)個(gè)體后使總體中剩余的個(gè)體能被樣本容量整除,然后再按系統(tǒng)抽樣方法抽取樣本. 練一練 2.為了了解某地區(qū)今年高一學(xué)生期末考試數(shù)學(xué)學(xué)科的成績,擬從參加考試的15 000名學(xué)生的數(shù)學(xué)成績中抽取容量為150的樣本.請用系統(tǒng)抽樣寫出抽取過程. 解:(1)對全體學(xué)生的數(shù)學(xué)成績進(jìn)行編號(hào):1,2,3,…,15 000. (2)分段:由于樣本容量與總體容量的比是1∶100,所以我們將總體平均分為150個(gè)部分,其中每一部分包含100個(gè)個(gè)體. (3)在第一部分即1號(hào)到10
7、0號(hào)用簡單隨機(jī)抽樣抽取一個(gè)號(hào)碼,比如是56. (4)以56作為起始數(shù),然后依次抽取156,256,356,…,14 956,這樣就得到容量為150的一個(gè)樣本. 講一講 3.選擇恰當(dāng)?shù)某闃臃椒ǎ懗龀闃舆^程. (1)有30個(gè)籃球,其中,甲廠生產(chǎn)的有21個(gè),乙廠生產(chǎn)的有9個(gè),現(xiàn)抽取10個(gè)作樣品; (2)有甲廠生產(chǎn)的30個(gè)籃球,其中一箱21個(gè),另一箱9個(gè),現(xiàn)取出3個(gè)作樣品; (3)有甲廠生產(chǎn)的300個(gè)籃球,抽取10個(gè)作樣品; (4)有甲廠生產(chǎn)的300個(gè)籃球,從中抽取30個(gè)作樣品. [嘗試解答] (1)因總體是由差異明顯的幾部分構(gòu)成,可采用分層抽樣的方法抽?。? 第一步 確定抽取
8、個(gè)數(shù).因?yàn)椋?,所以甲廠生產(chǎn)的應(yīng)抽取21×=7(個(gè)),乙廠生產(chǎn)的應(yīng)抽取9×=3(個(gè)); 第二步 用抽簽法分別抽取甲廠生產(chǎn)的籃球7個(gè),乙廠生產(chǎn)的籃球3個(gè).這些籃球便組成了我們要抽取的樣本. (2)總體容量較小,用抽簽法. 第一步 將30個(gè)籃球編號(hào),編號(hào)為00,01,…,29; 第二步 將以上30個(gè)編號(hào)分別寫在一張小紙條上,揉成小球,制成號(hào)簽; 第三步 把號(hào)簽放入一個(gè)不透明的袋子中,充分?jǐn)噭颍? 第四步 從袋子中逐個(gè)抽取3個(gè)號(hào)簽,并記錄上面的號(hào)碼; 第五步 找出與所得號(hào)碼對應(yīng)的籃球. (3)總體容量較大,樣本容量較小,適宜用隨機(jī)數(shù)法. 第一步 將300個(gè)籃球用隨機(jī)
9、方式編號(hào),編號(hào)為001,002,…,300; 第二步 在隨機(jī)數(shù)表中隨機(jī)的確定一個(gè)數(shù)作為開始,如第3行第5列的數(shù)“3”開始.任選一個(gè)方向作為讀數(shù)方向,比如向右讀; 第三步 從數(shù)“3”開始向右讀,每次讀三位,凡不在001~300中的數(shù)跳過去不讀,遇到已經(jīng)讀過的數(shù)也跳過去不讀,便可依次得到241,242,232,283,039,101,158,272,266,166這10個(gè)號(hào)碼,這就是所要抽取的10個(gè)樣本個(gè)體的號(hào)碼. (4)總體容量較大,樣本容量也較大,適宜用系統(tǒng)抽樣法. 第一步 將300個(gè)籃球用隨機(jī)方式編號(hào),編號(hào)為000,001,002,…,299,并分成30段; 第二步 在第一段000
10、,001,002,…,009這十個(gè)編號(hào)中用簡單隨機(jī)抽樣抽出一個(gè)(如002)作為起始號(hào)碼; 第三步 將編號(hào)為002,012,022,…,292的個(gè)體抽出,組成樣本. 1.三種抽樣的適用范圍不同,各自的特點(diǎn)也不同,但各種方法間又有密切聯(lián)系.在應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選取合適的方法. 2.三種抽樣中每個(gè)個(gè)體被抽到的可能性都是相同的. 練一練 3.某社區(qū)有700戶家庭,其中高收入家庭225戶,中等收入家庭400戶,低收入家庭75戶.為了調(diào)查社會(huì)購買力的某項(xiàng)指標(biāo),要從中抽取一個(gè)容量為100戶的樣本,記作 ①;某中學(xué)高二年級有12名籃球運(yùn)動(dòng)員,要從中選出3人調(diào)查投籃命中率情況,記作②;
11、從某廠生產(chǎn)的802輛轎車中抽取40輛測試某項(xiàng)性能,記作③.為完成上述三項(xiàng)抽樣,則應(yīng)采取的抽樣方法是( ) A.①簡單隨機(jī)抽樣,②系統(tǒng)抽樣,③分層抽樣 B.①分層抽樣,②簡單隨機(jī)抽樣,③系統(tǒng)抽樣 C.①簡單隨機(jī)抽樣,②分層抽樣,③系統(tǒng)抽樣 D.①分層抽樣,②系統(tǒng)抽樣,③簡單隨機(jī)抽樣 解析:對于①,總體由高收入家庭、中等收入家庭和低收入家庭差異明顯的三部分組成,而所調(diào)查的指標(biāo)與收入情況密切相關(guān),所以應(yīng)采用分層抽樣; 對于②,總體中的個(gè)體數(shù)較少,而且所調(diào)查內(nèi)容對12名調(diào)查對象是平等的,應(yīng)采用簡單隨機(jī)抽樣; 對于③,總體中的個(gè)體數(shù)較多,且個(gè)體之間差異不明顯,樣本中個(gè)體數(shù)也較多,應(yīng)采用系
12、統(tǒng)抽樣. 答案:B 【解題高手】【多解題】 一個(gè)單位有職工160人,其中有業(yè)務(wù)人員112人,管理人員16人,后勤服務(wù)人員32人,為了了解職工的某種情況,要從中抽取一個(gè)容量為20的樣本,試確定業(yè)務(wù)人員、管理人員、后勤服務(wù)人員各抽取的人數(shù)是多少? [解] 法一:三部分所含個(gè)體數(shù)之比為112∶16∶32=7∶1∶2,設(shè)三部分各抽個(gè)體數(shù)為7x,x,2x,則由7x+x+2x=20得x=2.故業(yè)務(wù)人員、管理人員、后勤服務(wù)人員抽取的個(gè)體數(shù)分別為14,2和4. 法二:由160÷20=8,所以可在各層人員中按8∶1的比例抽取,又因?yàn)?12÷8=14,16÷8=2,32
13、247;8=4,所以業(yè)務(wù)人員14人,管理人員2人,后勤服務(wù)人員4人. 法三:因?yàn)楣灿新毠?60人,所抽取的人數(shù)為20,所以樣本容量與總體容量之比為=,則業(yè)務(wù)人員應(yīng)抽取112×=14人,管理人員應(yīng)抽16×=2人,后勤服務(wù)人員應(yīng)抽32×=4人. 1.簡單隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣之間的共同點(diǎn)是( ) A.都是從總體中逐個(gè)抽取 B.將總體分成幾部分,按事先確定的規(guī)則在各部分中抽取 C.抽樣過程中每個(gè)個(gè)體被抽取的機(jī)會(huì)相同 D.將總體分成幾層,分層進(jìn)行抽取 解析:選C 簡單隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣的共同點(diǎn)是:在抽樣過程中每個(gè)個(gè)體被抽取的概率是
14、相同的. 2.(四川高考)某學(xué)校為了了解三年級、六年級、九年級這三個(gè)年級之間的學(xué)生視力是否存在顯著差異,擬從這三個(gè)年級中按人數(shù)比例抽取部分學(xué)生進(jìn)行調(diào)查,則最合理的抽樣方法是( ) A.抽簽法 B.系統(tǒng)抽樣法 C.分層抽樣法 D.隨機(jī)數(shù)法 解析:選D 樣本由差異明顯的幾部分組成,抽取的比例由每層個(gè)體占總體的比例確定,即為分層抽樣法. 3.將一個(gè)總體分為A、B、C三層,其個(gè)體數(shù)之比為5∶3∶2,若用分層抽樣方法抽取容量為100的樣本,則應(yīng)從C中抽取的個(gè)體數(shù)為________. 解析:×100=20. 答案:20 4.將參加數(shù)學(xué)夏令營
15、的100名同學(xué)編號(hào)為001,002,…,100.現(xiàn)采用系統(tǒng)抽樣方法抽取一個(gè)容量為25的樣本,且第一段中隨機(jī)抽得的號(hào)碼為004,則在046至078號(hào)中,被抽中的人數(shù)為________. 解析:抽樣距為4,第一個(gè)號(hào)碼為004,故001~100中是4的整數(shù)倍的數(shù)被抽出,在046至078號(hào)中有048,052,056,060,064,068,072,076,共8個(gè). 答案:8 5.某中學(xué)有教職工300人,分為教學(xué)人員、管理人員、后勤服務(wù)人員三部分,其組成比例為8∶1∶1.現(xiàn)用分層抽樣從中抽取容量為20的樣本,請寫出抽樣的過程. 解:抽樣過程如下: (1)確定抽樣比=; (2)確定各層抽樣數(shù)目
16、為=16,=2,=2; (3)用系統(tǒng)抽樣法從教學(xué)人員中抽取16人,用簡單隨機(jī)抽樣法分別從管理人員和后勤服務(wù)人員中各抽取2人; (4)將上述各層所抽的個(gè)體合在一起即為所要抽取的樣本. 一、選擇題 1.某牛奶生產(chǎn)線上每隔30分鐘抽取一袋進(jìn)行檢驗(yàn),該抽樣方法記為①;從某中學(xué)的30名數(shù)學(xué)愛好者中抽取3人了解學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)情況,該抽樣方法記為②.那么( ) A.①是系統(tǒng)抽樣,②是簡單隨機(jī)抽樣 B.①是簡單隨機(jī)抽樣,②是簡單隨機(jī)抽樣 C.①是簡單隨機(jī)抽樣,②是系統(tǒng)抽樣 D.①是系統(tǒng)抽樣,②是系統(tǒng)抽樣 解析:選A 對于①,因?yàn)槊扛?0分鐘抽取一袋,是等間距抽樣,故①為系統(tǒng)抽樣;對于②,總
17、體數(shù)量少,樣本容量也小,故②為簡單隨機(jī)抽樣. 2.(四川高考)交通管理部門為了解機(jī)動(dòng)車駕駛員(簡稱駕駛員)對某新法規(guī)的知曉情況,對甲、乙、丙、丁四個(gè)社區(qū)做分層抽樣調(diào)查.假設(shè)四個(gè)社區(qū)駕駛員的總?cè)藬?shù)為N,其中甲社區(qū)有駕駛員96人.若在甲、乙、丙、丁四個(gè)社區(qū)抽取駕駛員的人數(shù)分別為12,21,25,43,則這四個(gè)社區(qū)駕駛員的總?cè)藬?shù)N為( ) A.101 B.808 C.1 212 D.2 012 解析:選B 依題意得知,甲社區(qū)駕駛員的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的=,因此有=,解得N=808. 3.(湖南高考)某工廠甲、乙、丙三個(gè)車間生產(chǎn)了同一種產(chǎn)品,數(shù)量分別為120件,80件,60件.為了
18、解它們的產(chǎn)品質(zhì)量是否存在顯著差異,用分層抽樣方法抽取了一個(gè)容量為n的樣本進(jìn)行調(diào)查,其中從丙車間的產(chǎn)品中抽取了3件,則n=( ) A.9 B.10 C.12 D.13 解析:選D 由分層抽樣可得,=,解得n=13. 4.下列抽樣中不是系統(tǒng)抽樣的是( ) A.從標(biāo)有1~15號(hào)的15個(gè)球中,任選3個(gè)作為樣本.將15個(gè)球按從小號(hào)到大號(hào)排序,隨機(jī)選i0號(hào)作為起始號(hào)碼,以后選i0+5,i0+10(超過15則從1再數(shù)起)號(hào)入樣 B.工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品,在用傳送帶將產(chǎn)品送入包裝車間前,檢驗(yàn)人員從傳送帶上每隔五分鐘抽取一件產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn) C.進(jìn)行某一市場調(diào)查時(shí),規(guī)定在商場門口隨機(jī)抽
19、取一個(gè)人進(jìn)行詢問調(diào)查,直到調(diào)查到事先規(guī)定的調(diào)查人數(shù)為止 D.在報(bào)告廳對與會(huì)聽眾進(jìn)行調(diào)查,通知每排(每排人數(shù)相等)座位號(hào)為14的聽眾留下來座談 解析:選C 分析各選項(xiàng)中抽樣的特點(diǎn),與系統(tǒng)抽樣的概念、特點(diǎn)進(jìn)行比較.A、D顯然是系統(tǒng)抽樣.B項(xiàng)中,傳送帶的速度是恒定的,實(shí)際上是將某一段時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品分成一組,且可以認(rèn)為這些產(chǎn)品已經(jīng)排好,又總在某一位置抽取樣品,這正好符合系統(tǒng)抽樣的概念.選項(xiàng)C因事先不知道總體的個(gè)數(shù),而且抽樣時(shí)不能保證每個(gè)個(gè)體等可能入樣,因此它不是系統(tǒng)抽樣. 5.某學(xué)校有職工140人,其中教師91人,教輔行政人員28人,總務(wù)后勤人員21人.為了了解職工的某種情況,要從中抽取一個(gè)
20、容量為20的樣本.以下的抽樣方法中,依次為簡單隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣順序的是( ) 方法1:將140人從1~140編號(hào),然后制作出編號(hào)1~140的形狀、大小相同的號(hào)簽,并將號(hào)簽放入同一箱子里均勻攪拌,然后從中依次抽取20個(gè)號(hào)簽,編號(hào)與號(hào)簽相同的20個(gè)人被選出; 方法2:將140人分成20組,每組7人,并將每組7人按1~7編號(hào),在第一組采用抽簽法抽出k號(hào)(1≤k≤7),其余各組k號(hào)也被抽出,20個(gè)人被選出; 方法3:按20∶140=1∶7的比例,從教師中抽出13人,從教輔行政人員中抽出4人,從總務(wù)后勤人員中抽出3人.從各類人員中抽取所需人員時(shí),均采用隨機(jī)數(shù)法,可抽到20人. A.
21、方法2,方法1,方法3 B.方法2,方法3,方法1 C.方法1,方法2,方法3 D.方法3,方法1,方法2 解析:選C 結(jié)合簡單隨機(jī)抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣的定義判斷. 二、填空題 6.(浙江高考)某個(gè)年級有男生560人,女生420人,用分層抽樣的方法從該年級全體學(xué)生中抽取一個(gè)容量為280的樣本,則此樣本中男生人數(shù)為________. 解析:由分層抽樣得,此樣本中男生人數(shù)為560×=160. 答案:160 7.某學(xué)校高一、高二、高三三個(gè)年級共有學(xué)生3 500人,其中高三學(xué)生數(shù)是高一學(xué)生數(shù)的兩倍,高二學(xué)生數(shù)比高一學(xué)生數(shù)多300人,現(xiàn)在按的抽樣比用分層抽樣的方法抽取樣
22、本,則應(yīng)抽取高一學(xué)生數(shù)為________. 解析:若設(shè)高三學(xué)生數(shù)為x,則高一學(xué)生數(shù)為,高二學(xué)生數(shù)為+300,所以有x+++300=3 500,解得x=1 600.故高一學(xué)生數(shù)為800,因此應(yīng)抽取高一學(xué)生數(shù)為=8. 答案:8 8.一個(gè)總體中有100個(gè)個(gè)體,隨機(jī)編號(hào)為0、1、2、…、99,依編號(hào)順序平均分成10個(gè)小組,組號(hào)依次為1、2、3、…、10.現(xiàn)用系統(tǒng)抽樣方法抽取一個(gè)容量為10的樣本,規(guī)定如果在第1組隨機(jī)抽取的號(hào)碼為m,那么在第k組中抽取的號(hào)碼個(gè)位數(shù)字與m+k的個(gè)位數(shù)字相同.若m=6,則在第7組中抽取的號(hào)碼是________. 解析:第k組的號(hào)碼為(k-1)10,(k-1)10+1,
23、…,(k-1)·10+9,當(dāng)m=6、k=7時(shí),第k組抽取的號(hào)碼m+k的個(gè)位數(shù)字為3,所以(7-1)×10+3=63. 答案:63 三、解答題 9.為了調(diào)查某路口一個(gè)月的車流量情況,交警采用系統(tǒng)抽樣的方法,樣本距為7,從每周中隨機(jī)抽取一天,他正好抽取的是星期日,經(jīng)過調(diào)查后做出報(bào)告.你認(rèn)為交警這樣的抽樣方法有什么問題?應(yīng)當(dāng)怎樣改進(jìn)?如果是調(diào)查一年的車流量情況呢? 解:交警所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)以及由此所推斷出來的結(jié)論,只能代表星期日的交通流量.由于星期日是休息時(shí)間,很多人不上班,不能代表其他幾天的情況. 改進(jìn)方法可以將所要調(diào)查的時(shí)間段的每一天先隨機(jī)地編號(hào),再用系統(tǒng)抽樣方法來抽樣
24、,或者使用簡單隨機(jī)抽樣來抽樣亦可. 如果是調(diào)查一年的交通流量,使用簡單隨機(jī)抽樣法顯然已不合適,比較簡單可行的方法是把樣本距改為8. 10.某單位最近組織了一次健身活動(dòng),活動(dòng)分為登山組和游泳組,且每個(gè)職工至多參加其中一組.在參加活動(dòng)的職工中,青年人占42.5%,中年人占47.5%,老年人占10%.登山組的職工占參加活動(dòng)總?cè)藬?shù)的,且該組中,青年人占50%,中年人占40%,老年人占10%.為了了解各組不同的年齡層的職工對本次活動(dòng)的滿意程度,現(xiàn)用分層抽樣的方法從參加活動(dòng)的全體職工中抽取容量為200的樣本.試求: (1)游泳組中,青年人、中年人、老年人分別所占的比例; (2)游泳組中,青年人、中年人、老年人分別應(yīng)抽取的人數(shù). 解:(1)設(shè)登山組人數(shù)為x,游泳組中,青年人、中年人、老年人各占比例分別為a,b,c,則有=47.5%,=10%. 解得b=50%,c=10%. 故a=1-50%-10%=40%. 即游泳組中,青年人、中年人、老年人各占比例分別為40%、50%、10%. (2)游泳組中,抽取的青年人人數(shù)為200××40%=60; 抽取的中年人人數(shù)為200××50%=75; 抽取的老年人人數(shù)為200××10%=15. 最新精選優(yōu)質(zhì)數(shù)學(xué)資料
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