2019-2020學(xué)年高中數(shù)學(xué) 第2章 統(tǒng)計 2-3 變量間的相關(guān)關(guān)系學(xué)案 新人教A版必修3
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1、2.3.1 變量之間的相關(guān)關(guān)系 2.3.2 兩個變量的線性相關(guān) 1.理解兩個變量的相關(guān)關(guān)系的概念. 2.會作散點圖,并利用散點圖判斷兩個變量之間是否具有相關(guān)關(guān)系. 3.會求線性回歸方程. 1.變量之間常見的關(guān)系 函數(shù)關(guān)系 變量之間的關(guān)系可以用函數(shù)表示 相關(guān)關(guān)系 變量之間有一定的聯(lián)系,但不能完全用函數(shù)表示 2.相關(guān)關(guān)系與函數(shù)關(guān)系的區(qū)別與聯(lián)系 3.散點圖 將樣本中n個數(shù)據(jù)點(xi,yi)(i=1,2,…,n)描在平面直角坐標(biāo)系中,以表示具有相關(guān)關(guān)系的兩個變量的一組數(shù)據(jù)的圖形叫做散點圖. 4.正相關(guān)與負相關(guān) (1)正相關(guān):散點圖中的點散布在從左下角到右上角的
2、區(qū)域. (2)負相關(guān):散點圖中的點散布在從左上角到右下角的區(qū)域. 5.回歸直線與回歸方程 如果散點圖中點的分布從整體上看大致在一條直線附近,就稱這兩個變量之間具有線性相關(guān)關(guān)系,這條直線叫做回歸直線.回歸直線對應(yīng)的方程叫做回歸直線的方程,簡稱回歸方程. 6.最小二乘法 求回歸直線方程=x+時,使得樣本數(shù)據(jù)的點到回歸直線的距離的平方和最小的方法叫做最小二乘法. 7.用最小二乘法求回歸方程中的,有下面的公式 其中=i,=i. 這樣,回歸方程的斜率為,縱截距為,即回歸方程為=x+. 判斷正誤.(正確的打“√”,錯誤的打“×”) (1)已知變量x的值,可由回歸方程=x+得到
3、變量y的精確值.( ) (2)回歸方程=x+必經(jīng)過點(,).( ) (3)由一組數(shù)據(jù)(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)得到的回歸直線方程=x+至少經(jīng)過(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)中的一個點.( ) (4)選取一組數(shù)據(jù)中的部分點得到的回歸方程與由整組數(shù)據(jù)得到的回歸方程是同一個方程.( ) [提示] (1)× (2)√ (3)× (4)× 題型一相關(guān)關(guān)系的判定 【典例1】 (1)下列變量之間的關(guān)系不是相關(guān)關(guān)系的是( ) A.二次函數(shù)y=ax2+bx+c中,a,c是已知常數(shù),取b為自變量,因變量是判別式Δ=b2-4ac B.光照時間
4、和果樹畝產(chǎn)量 C.降雪量和交通事故發(fā)生率 D.每畝田施肥量和糧食畝產(chǎn)量 (2)以下是在某地搜集到的不同樓盤房屋的銷售價格y(單位:萬元)和房屋面積x(單位:m2)的數(shù)據(jù): 房屋面積x/m2 115 110 80 135 105 銷售價格y/萬元 49.6 43.2 38.8 58.4 44 ①畫出數(shù)據(jù)對應(yīng)的散點圖; ②判斷房屋的銷售價格和房屋面積之間是否具有相關(guān)關(guān)系,如果有相關(guān)關(guān)系,是正相關(guān)還是負相關(guān)? [解析] (1)在A中,若b確定,則a,b,c都是常數(shù),Δ=b2-4ac也就唯一確定了,因此,這兩者之間是確定性的函數(shù)關(guān)系;一般來說,光照時間越長,果樹畝產(chǎn)
5、量越高;降雪量越大,交通事故發(fā)生率越高;施肥量越多,糧食畝產(chǎn)量越高,所以B,C,D是相關(guān)關(guān)系.故選A. (2)①數(shù)據(jù)對應(yīng)的散點圖如圖所示. ②通過以上數(shù)據(jù)對應(yīng)的散點圖可以判斷,房屋的銷售價格和房屋面積之間具有相關(guān)關(guān)系,并且是正相關(guān). [答案] (1)A (2)見解析 判斷兩個變量的相關(guān)性的常用方法 (1)散點圖法:通過畫散點圖,觀察圖中點的分布特征,直觀給出判斷. (2)表格、關(guān)系式法:通過表格或關(guān)系式直接進行判斷. [針對訓(xùn)練1] 在下列兩個變量的關(guān)系中,判斷是否具有相關(guān)關(guān)系? ①正方形邊長與面積之間的關(guān)系; ②作文水平與課外閱讀量之間的關(guān)系; ③
6、人的身高與年齡之間的關(guān)系; [解] 兩變量之間的關(guān)系有三種:函數(shù)關(guān)系、相關(guān)關(guān)系和不相關(guān). ①正方形的邊長與面積之間的關(guān)系是函數(shù)關(guān)系. ②作文水平與課外閱讀量之間的關(guān)系不是嚴(yán)格的函數(shù)關(guān)系,但是具有相關(guān)性,因而是相關(guān)關(guān)系. ③人的身高與年齡之間的關(guān)系既不是函數(shù)關(guān)系,也不是相關(guān)關(guān)系,因為人的年齡達到一定時期身高就不發(fā)生明顯變化了,因而他們不具備相關(guān)關(guān)系. 題型二求回歸直線方程 【典例2】 某種產(chǎn)品的廣告費支出x(單位:百萬元)與銷售額y(單位:百萬元)之間有如下對應(yīng)數(shù)據(jù): x 2 4 5 6 8 y 30 40 60 50 70 (1)畫出散點圖; (2)求回
7、歸方程. [解] (1)散點圖如圖所示. (2)列出下表,并用科學(xué)計算器進行有關(guān)計算. I 1 2 3 4 5 xi 2 4 5 6 8 yi 30 40 60 50 70 xiyi 60 160 300 300 560 x 4 16 25 36 64 =5,=50,=145,iyi=1380 于是可得,===6.5, =-=50-6.5×5=17.5. 于是所求的回歸方程是=6.5x+17.5. 引申探究1:若典例2的條件不變,利用例2中所求得的回歸方程,計算若廣告費支出增加一個單位,銷售額增加多少? [解] 由
8、回歸方程=6.5x+17.5可知,當(dāng)x增加一個單位時,y大約增加6.5. 引申探究2:若典例2的條件不變,要使銷售額提升到100(單位:百萬元),則廣告費至少要支出多少? [解] 由6.5x+17.5=100,解得x=12.7,即廣告費至少要支出12.7(單位:百萬元). (1)求線性回歸方程的步驟 第一步,計算平均數(shù),; 第二步,求和iyi,; 第三步,計算==, =-; 第四步,寫出回歸直線方程=x+. (2)求線性回歸方程的注意事項 ①利用散點圖判定兩個變量是否具有線性相關(guān)關(guān)系,注意不要受個別點的位置的影響. ②求回歸方程,關(guān)鍵在于正確求出系數(shù),,由
9、于,的計算量大,計算時應(yīng)仔細謹慎,分層進行,避免因計算而產(chǎn)生的錯誤. [針對訓(xùn)練2] 已知變量x,y有如下對應(yīng)數(shù)據(jù): x 1 2 3 4 y 1 3 4 5 (1)作出散點圖; (2)用最小二乘法求關(guān)于x,y的回歸直線方程. [解] (1)散點圖如圖所示: (2)==,==, iyi=1+6+12+20=39. =1+4+9+16=30, ==,=-×=0, 所以=x為所求的回歸直線方程. 題型三利用回歸方程對總體進行估計 【典例3】 某地最近十年糧食需求量逐年上升,下表是部分統(tǒng)計數(shù)據(jù): 年份 2008 2010 2012 201
10、4 2016 需求量/萬噸 236 246 257 276 286 (1)利用所給數(shù)據(jù)求年需求量與年份之間的回歸直線方程=x+; (2)利用(1)中所求出的直線方程預(yù)測該地2020年的糧食需求量. [解] (1)由所給數(shù)據(jù)看出,年需求量與年份之間是近似直線上升的.對數(shù)據(jù)預(yù)處理如下: 年份-2012 -4 -2 0 2 4 需求量-257 -21 -11 0 19 29 對預(yù)處理后的數(shù)據(jù),容易算得=0,=3.2, ===6.5. =-=3.2. 由上述計算結(jié)果,知所求回歸直線方程為 -257=(x-2012)+=6.5(x-2012)+3.2
11、. 即=6.5(x-2012)+260.2.① (2)利用直線方程①,可預(yù)測2020年的糧食需求量為6.5×(2020-2012)+260.2=6.5×8+260.2=312.2(萬噸). 用線性回歸方程估計總體的一般步驟 (1)作出散點圖,判斷散點是否在一條直線附近. (2)如果散點在一條直線附近,用公式求出,,并寫出線性回歸方程. (3)根據(jù)線性回歸方程對總體進行估計. [針對訓(xùn)練3] 下圖是某地區(qū)2000年至2016年環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額y(單位:億元)的折線圖. 為了預(yù)測該地區(qū)2018年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額,建立了y與時間變量t的兩個線性回歸模型.根
12、據(jù)2000年至2016年的數(shù)據(jù)(時間變量t的值依次為1,2,…,17)建立模型①:=-30.4+13.5t;根據(jù)2010年至2016年的數(shù)據(jù)(時間變量t的值依次為1,2,…,7)建立模型②:=99+17.5t. (1)分別利用這兩個模型,求該地區(qū)2020年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的預(yù)測值. (2)你認為用哪個模型得到的預(yù)測值更可靠?并說明理由. [解] (1)利用模型①,可得該地區(qū)2020年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的預(yù)測值為=-30.4+13.5×21=313.9(億元). 利用模型②,可得該地區(qū)2020年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的預(yù)測值為=99+17.5×11=291.5(億元). (2)利用
13、模型②得到的預(yù)測值更可靠. 理由如下: (i)從折線圖可以看出,2000年至2016年的數(shù)據(jù)對應(yīng)的點沒有隨機散布在直線y=-30.4+13.5t上下,這說明利用2000年至2016年的數(shù)據(jù)建立的線性模型①不能很好地描述環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的變化趨勢.2010年相對2009年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額有明顯增加,2010年至2016年的數(shù)據(jù)對應(yīng)的點位于一條直線的附近,這說明從2010年開始環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的變化規(guī)律呈線性增長趨勢,利用2010年至2016年的數(shù)據(jù)建立的線性模型=99+17.5t可以較好地描述2010年以后的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額的變化趨勢,因此利用模型②得到的預(yù)測值更可靠. (ii)
14、從計算結(jié)果看,相對于2016年的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資額220億元,由模型①得到的預(yù)測值226.1億元的增幅明顯偏低,而利用模型②得到的預(yù)測值的增幅比較合理,說明利用模型②得到的預(yù)測值更可靠. 課堂歸納小結(jié) 1.判斷變量之間有無相關(guān)關(guān)系,簡便可行的方法就是繪制散點圖.根據(jù)散點圖,可看出兩個變量是否具有相關(guān)關(guān)系,是否線性相關(guān),是正相關(guān)還是負相關(guān). 2.求回歸直線的方程時應(yīng)注意的問題 (1)知道x與y呈線性相關(guān)關(guān)系,無需進行相關(guān)性檢驗,否則應(yīng)首先進行相關(guān)性檢驗.如果兩個變量之間本身不具有相關(guān)關(guān)系,或者說,它們之間的相關(guān)關(guān)系不顯 著,即使求出回歸方程也是毫無意義的,而且用其估計和預(yù)
15、測的量也是不可信的. (2)用公式計算,的值時,要先算出,然后才能算出. 3.利用回歸方程,我們可以進行估計和預(yù)測.若回歸方程為=x+,則x=x0處的估計值為0=x0+. 1.下列語句所表示的事件中的因素不具有相關(guān)關(guān)系的是( ) A.瑞雪兆豐年 B.上梁不正下梁歪 C.吸煙有害健康 D.喜鵲叫喜,烏鴉叫喪 [解析] 選項A,B,C中描述的變量間都具有相關(guān)關(guān)系,而選項D是迷信說法,沒有科學(xué)依據(jù). [答案] D 2.下列圖形中,兩個變量具有線性相關(guān)關(guān)系的是( ) [解析] 線性相關(guān)關(guān)系要求兩個變量的散點圖大致在一條直線上,且不是函數(shù)關(guān)系
16、. [答案] B 3.已知x,y的取值如表所示: x 2 3 4 y 6 4 5 如果y與x線性相關(guān),且線性回歸方程為=x+,則等于( ) A.- B. C.- D. [解析] ∵==3,==5, ∴回歸直線過點(3,5),∴5=3+, ∴=-,故選A. [答案] A 4.某旅行社為迎節(jié)日搞活動旅游,經(jīng)市場調(diào)查,某旅游線路銷量y(人)與旅游單價x(元/人)負相關(guān),則其回歸方程可能是( ) A.=-80x+1600 B.=80x+1600 C.=-80x-1600 D.=80x-1600 [解析] y與x負相關(guān),排除B,D;而C中,x>0時,
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