9.2 用样本估计总体
抽到一组数据以后,怎么看出它的「样子」:画图看分布,用百分位数看位置,用平均数、中位数看中间在哪,用方差看波动有多大。再用这些去估计总体。
本节知识点条形图、折线图与扇形图的选择频率分布表与直方图面积总体百分位数的样本估计集中趋势的比较与总体估计数据方差、标准差及合并极差及其信息边界
第 1 步
从例子进入
甲、乙两位同学最近 5 次小测(满分 10 分):
甲:7, 8, 8, 8, 9 乙:6, 7, 8, 9, 10
想一想
看答案与解析
答案:A
A。甲的分数都挤在 8 附近,最多差 1 分;乙从 6 到 10,上下差得多。
平均数一样,数据的「样子」却不一样。只看一个数不够:要看中间在哪(平均数、中位数、众数),也要看散得多开(方差、标准差),还可以画图看整体分布。这一节就讲这些工具,以及怎样用一份样本去估计总体。
第 2 步
讲清楚
1. 先认识几个词
要用到:9.1 样本与总体;初中平均数、中位数、众数。用样本数据特征量科学推断总体规律。
平均数 xˉ
算法机制:xˉ=nx1+x2+⋯+xn,每一个数据都在贡献分子。
核心软肋:极易受极端高值或低值拉扯(右偏分布中均值显著大于中位数)。
代表场景:计算平均成本、人均产值等需要全员总量加和的指标。
中位数 Me
算法机制:从小到大排列后居于正中间的数值(偶数个取中间两数的均值)。
核心优势:极端值再大也拉不动它,具有极强的统计抗干扰稳健性。
代表场景:居民收入、房价水平等偏态分布指标,更贴近「一般水平」。
一、图表和百分位数
2. 频率分布直方图
想一想
自己试试:频率分布直方图的组距是 5,某一组矩形的高是 0.04。这一组的频率是?
看答案与解析
答案:B
B。频率 = 面积 = 高 × 组距 =0.04×5=0.2。选 A 的同学误把纵轴的高当成了频率;选 C 是除了组距。
3. 百分位数算法
想一想
自己试试:数据 9,2,15,5,12,4,10,7 的第 75 百分位数是?
看答案与解析
答案:B
B。排序得 2,4,5,7,9,10,12,15,i=8×75%=6 为整数,取第 6 位(10)与第 7 位(12)的平均值 210+12=11。选 A 是未取平均;选 D 是没排序。
二、集中趋势与离散程度三步思维链
4. 直方图估计数字特征三步思维链
想一想
看答案与解析
答案:B
B。先排序:2,4,4,6,9,正中间是 4。选 A 是没排序;5 是平均数,不是中位数。
5. 方差与标准差
想一想
看答案与解析
答案:A
A。xˉ=4,离差平方为 4,0,4,总和为 8,除以 n=3 得 38。选 C 是忘记除以 3;选 B 是除以了 n−1=2,高考教材分母一律为 n。
6. 三大翻车现场与反例微图解
再深一点(可以先跳过)
数据整体线性变换:若 yi=axi+b,则样本均值 yˉ=axˉ+b,方差 sy2=a2sx2,标准差 sy=∣a∣sx。常数平移不改变方差,倍数缩放使方差乘以平方。
合并方差公式:s2=m+km[s12+(xˉ1−xˉ)2]+m+kk[s22+(xˉ2−xˉ)2]。
第 3 步
动手
① 拖数据点:直方图和几个数一起变
下面每个圆点是一个数据(0 到 10 的整数)。拖动圆点(或选中后按方向键,Delete 删掉它),上面的频率分布直方图(组距 2,最后一组含 10)、平均数、中位数、方差跟着变。试试把最右边的点一路拖到 10:平均数线动了,中位数线呢?
② 进阶:第 p 百分位数,按教材的算法
用的是上面 ① 里的数据,已经排好序,格子下面是位次。拖滑块改 p,看 i=n×p% 是不是整数、取的是哪一位(或哪两位)。在 ① 里加减数据,这里也跟着变。
第 4 步
练一练
从易到难排好了。前两道直接用,中间三道是最常见的错,最后一道是挑战。
直接用
想一想
- 样本量是 200,频率分布直方图中 [20,30) 这一组矩形的高是 0.025。这一组的频数是?
看答案与解析
答案:C
C。频率 =0.025×10=0.25,频数 =200×0.25=50。选 A 是把高 0.025 当频率直接乘了 200;选 D 只算到频率,没乘样本量。
想一想
- 12 名同学一分钟跳绳(次),已排好序:120,125,130,132,135,138,140,142,145,150,155,160。第 70 百分位数是?
看答案与解析
答案:C
C。i=12×70%=8.4,不是整数,往上取整,取第 9 位:145。选 A 是往下取了第 8 位;选 B 是把「取两位平均」用在了 i 不是整数的时候。
易错
想一想
- 一张直方图的分组不等宽:[0,10) 这一组的高是 0.02,[10,30) 这一组的高也是 0.02。哪一组的频率大?
看答案与解析
答案:C
C。比的是面积:0.02×10=0.2,0.02×20=0.4,后者是前者的 2 倍。纵轴是「频率÷组距」,组距不同时只看高度会看错。
想一想
看答案与解析
答案:A
A。xˉ=4,差的平方 9,1,1,9,和 20,除以 n=4 得 5。B 是除以 n−1=3,本书不用这个分母;C 忘了除;D 是标准差,不是方差。
想一想
- 甲组 20 人,平均分 70,方差 4;乙组 30 人,平均分 80,方差 4。两组合起来 50 人的平均分和方差是?
看答案与解析
答案:C
C。平均数按人数加权:5020×70+30×80=503800=76,不是 270+80=75。
方差不能只看两组各自的 4:两组平均数不一样,本身就是波动。甲组每人离 76 的平方,平均是 4+(70−76)2=40;乙组是 4+(80−76)2=20。再按人数加权:5020×40+30×20=501400=28。
挑战
想一想
- 抽查 100 户居民的月用水量(吨),只给了分组频率:[0,2) 0.1,[2,4) 0.3,[4,6) 0.35,[6,8] 0.25。假定组内数据均匀分布,估计中位数约是?
看答案与解析
答案:B
B。前两组频率 0.1+0.3=0.4,到 0.5 还差 0.1。[4,6) 组频率 0.35、组距 2,要走 2×0.350.1=74,所以中位数约 4+74≈4.57。
A 的 4.5 是用组中点估计的平均数:1×0.1+3×0.3+5×0.35+7×0.25=4.5;C 只取了中位数所在组的中点。这些都是估计:只有分组时,原来的 100 个数已经找不回来了。
第 5 步
高考真题
先独立作答,做完再对照分步解析。选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。
2025 新高考Ⅱ卷 第 1 题 · 单选
样本数据 2,8,14,16,20 的平均数为( )。
看答案与解析
答案:C
平均数等于所有数据的和除以数据个数。
求数据和
2+8+14+16+20=60。
除以个数
共有5个数据,故平均数 xˉ=60/5=12。
区分概念
排序后的中位数是14,但题目问平均数,因此选 C。
平均数使样本相对它的离差和为零。
2026 新高考Ⅰ卷 第 1 题 · 单选
看答案与解析
答案:B
中位数看排好序后的位置,不是直接取原列表的中间一项。
排序
数据按从小到大排列为 4,5,6,8,12。
确定位置
共有五个数,中位数是第 (5+1)/2=3 个数,因此为 6,选 B。
先排序,再找位置;中位数反映数据的中间位置。
2022 新高考Ⅱ卷 第 19 题 · 解答
在某地区进行流行病学调查,随机调查了100位某种疾病患者的年龄,得到样本数据的频率分布直方图。各年龄组(岁)及柱高“频率/组距”完整数据如下: 年龄组|[0,10)|[10,20)|[20,30)|[30,40)|[40,50)|[50,60)|[60,70)|[70,80)|[80,90) 频率/组距|0.001|0.002|0.012|0.017|0.023|0.020|0.017|0.006|0.002 (2) 估计该地区一位这种疾病患者的年龄位于区间[20,70)的概率。
答案与解析
答案:概率估计值为 0.89。
思路
- 还原各组频率
目标区间涉及[20,30)、[30,40)、[40,50)、[50,60)、[60,70)五组,组距均为10。
- 计算目标频率
频率之和为 10(0.012+0.017+0.023+0.020+0.017)=0.89。
- 解释估计
以这100位患病者中年龄落在该区间的频率0.89,估计该地区患病者相应区间概率。
易错点
- 把柱高之和0.089当成概率。
- 将患者的年龄分布误当成全地区人口的年龄分布。
小结
频率分布直方图用面积表示频率,估计还须明确抽样对象。