2018年高中數學 第3章 統(tǒng)計案例 3.2 回歸分析教學案 蘇教版選修2-3.doc
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3.2 回歸分析 1.線性回歸模型 (1)隨機誤差 具有線性相關關系的兩個變量的取值x、y,y的值不能由x完全確定,可將x,y之間的關系表示為y=a+bx+ε,其中a+bx是確定性函數,ε稱為隨機誤差. (2)隨機誤差產生的主要原因 ①所用的確定性函數不恰當引起的誤差; ②忽略了某些因素的影響; ③存在觀測誤差. (3)線性回歸模型中a,b值的求法 y=a+bx+ε稱為線性回歸模型. a,b的估計值為a ∧,b ∧,則 (4)回歸直線和線性回歸方程 直線y_∧=a_∧+b_∧x稱為回歸直線,此直線方程即為線性回歸方程,a ∧稱為回歸截距,b ∧稱為回歸系數,y ∧稱為回歸值. 2.樣本相關系數r及其性質 (1)r=. (2)r具有以下性質 ①|r|≤1. ②|r|越接近于1,x,y的線性相關程度越強. ③|r|越接近于0,x,y的線性相關程度越弱. 3.對相關系數r進行顯著性檢驗的基本步驟 (1)提出統(tǒng)計假設H0:變量x,y不具有線性相關關系. (2)如果以95%的把握作出判斷,那么可以根據1-0.95=0.05與n-2在教材附錄2中查出一個r的臨界值r0.05(其中1-0.95=0.05稱為檢驗水平). (3)計算樣本相關系數r. (4)作出統(tǒng)計推斷:若|r|>r0.05,則否定H0,表明有95%的把握認為x與y之間具有線性相關關系;若|r|≤r0.05,則沒有理由拒絕原來的假設H0,即就目前數據而言,沒有充分理由認為y與x之間有線性相關關系. 1.在線性回歸方程中,b既表示回歸直線的斜率,又表示自變量x的取值增加一個單位時,函數值y的改變量. 2.通過回歸方程y ∧=a ∧+b ∧x可求出相應變量的估計值. 3.判斷變量之間的線性相關關系,一般用散點圖,但在作圖中,由于存在誤差,有時很難判斷這些點是否分布在一條直線的附近,從而就很難判斷兩個變量之間是否具有線性相關關系,此時就必須利用線性相關系數來判斷. [例1] 假設關于某設備的使用年限x(年)和所支出的維修費用y(萬元)有如下的統(tǒng)計資料: x 2 3 4 5 6 y 2.2 3.8 5.5 6.5 7.0 若由數據可知,y對x呈現(xiàn)線性相關關系. (1)求線性回歸方程; (2)估計使用年限為10年時,維修費用是多少? [思路點撥] 代入數值求線性回歸方程,然后把x=10代入,估計維修費用. [精解詳析] (1)列表如下: i 1 2 3 4 5 xi 2 3 4 5 6 yi 2.2 3.8 5.5 6.5 7.0 xiyi 4.4 11.4 22.0 32.5 42.0 x 4 9 16 25 36 經計算得:x=4,y=5,∑5,i=1x=90,∑5,i=1xiyi=112.3, a ∧=y(tǒng)-b ∧x=0.08, 所以線性回歸方程為y ∧=a ∧+b ∧x=0.08+1.23x. (2)當x=10時,y ∧=0.08+1.2310=12.38(萬元), 即若估計使用年限為10年時,維修費用為12.38萬元. [一點通] 線性回歸分析的步驟: (1)列出散點圖,從直觀上分析數據間是否存在線性相關關系; (2)計算x,y,∑n,i=1x,∑n,i=1y,∑n,i=1xiyi; (3)代入公式求出y ∧=b ∧x+a ∧中參數b ∧,a ∧的值; (4)寫出線性回歸方程,并對實際問題作出估計. 1. 某研究機構對高三學生的記憶力x和判斷力y進行統(tǒng)計分析,所得數據如下表: x 6 8 10 12 y 2 3 5 6 則y對x的線性回歸方程為_________________________________________________. 解析:∵==9,==4, 故y對x的線性回歸方程為y ∧=0.7x-2.3. 答案:y ∧=0.7x-2.3 2.某班5名學生的數學和物理成績如表: 學生學科 A B C D E 數學成績(x) 88 76 73 66 63 物理成績(y) 78 65 71 64 61 (1)畫出散點圖; (2)求物理成績y對數學成績x的線性回歸方程; (3)一名學生的數學成績是96,試預測他的物理成績. 解:(1)散點圖如圖. (2)∵x= (88+76+73+66+63)=73.2. y=(78+65+71+64+61)=67.8. xiyi=8878+7665+7371+6664+6361=25 054. 又x=882+762+732+662+632=27 174. ∴y對x的線性回歸方程是y ∧=0.625x+22.05. (3)當x=96時,y ∧=0.62596+22.05≈82. 可以預測他的物理成績是82. [例2] 現(xiàn)隨機抽取了某中學高一10名在校學生,他們入學時的數學成績(x)與入學后第一次考試的數學成績(y)如下: 學生號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x 120 108 117 104 103 110 104 105 99 108 y 84 64 84 68 69 68 69 46 57 71 請問:這10名學生的兩次數學成績是否具有線性關系? [思路點撥] 可先計算線性相關系數r的值,然后與r0.05比較,進而對x與y的相關性作出判斷. [精解詳析] x=(120+108+…+99+108)=107.8,y=(84+64+…+57+71)=68. 所以相關系數為 r= ≈0.751. 由檢驗水平0.05及n-2=8, 在附錄2中查得r0.05=0.632, 因為0.751>0.632, 由此可看出這10名學生的兩次數學成績具有較強的線性相關關系. [一點通] 利用相關系數r進行判斷相關關系,需要應用公式計算出r的值,由于數據較大,需要借助計算器,但計算時應該特別細心,避免出現(xiàn)計算錯誤. 3.對于回歸分析,有下列敘述: (1)在回歸分析中,變量間的關系若是非確定性關系,則因變量不能自由變量惟一確定. (2)線性相關系數可以是正的或是負的. (3)回歸分析中,如果r2=1或r=1,說明x與y之間完全線性相關. (4)樣本相關系數r∈(-∞,+∞). 判斷其說法是否正確. 解:由回歸模型及其性質易知(1),(2),(3)是正確的.相關系數的取值范圍應為|r|≤1,所以(4)是錯誤的. 4.一臺機器由于使用時間較長,但還可以使用,它按不同的轉速生產出來的某機械零件有一些會有缺點,每小時生產有缺點的零件的多少,隨機器運轉的速度而變化,下表為抽樣試驗的結果: 轉速x(轉/秒) 16 14 12 8 每小時生產有缺點的零件數y(件) 11 9 8 5 對變量y與x進行線性相關性檢驗. 解:由題中數據可得=12.5,=8.25,xiyi=438, 4 =412.5,x=660,y=291,所以 = =≈0.995. 由檢驗水平0.05及n-2=2在教材附錄表2中查得r0.05=0.950,因為r>r0.05,所以y與x具有線性相關關系. 對兩個相關變量進行線性回歸分析時,首先判斷兩個變量是否線性相關,可以通過散點圖和相關系數判斷,然后再求線性回歸方程,對問題進行預測,否則求出的回歸方程無意義,預測也無價值. 課下能力提升(十九) 一、填空題 1.下列命題中正確的是________(填所有正確命題的序號). ①任何兩個變量都具有相關關系; ②圓的周長與圓的半徑具有相關關系; ③某商品的需求量與該商品的價格是一種非確定性關系; ④根據散點圖求得的線性回歸方程可能是沒有意義的; ⑤兩個變量的線性相關關系可以通過線性回歸方程,把非確定性問題轉化為確定性問題進行研究. 解析:顯然①是錯誤的;而②中,圓的周長與圓的半徑的關系為C=2πR,是一種確定性的函數關系. 答案:③④⑤ 2.已知x,y的取值如下表: x 0 1 3 4 y 2.2 4.3 4.8 6.7 從所得的散點圖分析,y與x線性相關,且y ∧=0.95x+a ∧,則a ∧=________. 解析:∵=2,=4.5.又回歸直線恒過定點(,),代入得a ∧=2.6. 答案:2.6 3.從某大學隨機選取8名女大學生,其身高x(cm)和體重y(kg)的線性回歸方程為y ∧=0.849x-85.712,則身高172 cm的女大學生,由線性回歸方程可以估計其體重為________. 解析:y ∧=0.849172-85.712=60.316. 答案:60.316 kg 4.有下列關系: ①人的年齡與他(她)擁有的財富之間的關系; ②曲線上的點與該點的坐標之間的關系; ③蘋果的產量與氣候之間的關系; ④森林中的同一種樹木,其斷面直徑與高度之間的關系; ⑤學生與其學號之間的關系. 其中有相關關系的是____________.(填序號) 解析:由相關關系定義分析. 答案:①③④ 5.某產品的廣告費用x與銷售額y的統(tǒng)計數據如下表: 廣告費用x(萬元) 4 2 3 5 銷售額y(萬元) 49 26 39 54 根據上表可得線性回歸方程y=b ∧x+a ∧中的b ∧為9.4,據此模型預報廣告費用為6萬元時銷售額為________萬元. 解析:樣本中心點是(3.5,42), 答案:65.5 二、解答題 6.下面是水稻產量與施肥量的一組觀測數據: 施肥量 15 20 25 30 35 40 45 水稻產量 320 330 360 410 460 470 480 (1)將上述數據制成散點圖; (2)你能從散點圖中發(fā)現(xiàn)施肥量與水稻產量近似成什么關系嗎? 解:(1)散點圖如下: (2)從圖中可以發(fā)現(xiàn)施肥量與水稻產量具有線性相關關系,當施肥量由小到大變化時,水稻產量也由小變大,圖中的數據點大致分布在一條直線的附近,因此施肥量和水稻產量近似成線性正相關關系. 7.在一段時間內,分5次測得某種商品的價格x(萬元)和需求量y(t)之間的一組數據為 1 2 3 4 5 價格x 1.4 1.6 1.8 2 2.2 需求量y 12 10 7 5 3 已知∑5,i=1xiyi=62,∑5,i=1x=16.6. (1)畫出散點圖; (2)求出y對x的線性回歸方程; (3)如價格定為1.9萬元,預測需求量大約是多少?(精確到0.01 t) 解:(1)散點圖如下圖所示: (2)因為x=9=1.8,y=37=7.4, 8.為了分析某個高三學生的學習狀態(tài),對其下一階段的學習提供指導性建議.現(xiàn)對他前7次考試的數學成績x、物理成績y進行分析.下面是該生7次考試的成績: 數學(x) 88 83 117 92 108 100 112 物理(y) 94 91 108 96 104 101 106 (1)他的數學成績與物理成績哪個更穩(wěn)定?請給出你的證明; (2)已知該生的物理成績y與數學成績x是線性相關的,若該生的物理成績達到115分,請你估計他的數學成績大約是多少?并請你根據物理成績與數學成績的相關性,給出該生在學習數學、物理上的合理性建議. 解:(1)∵=100+=100; =100+=100; ∴σ==142,σ=, 從而σ>σ,∴物理成績更穩(wěn)定. (2)由于x與y之間具有線性相關關系,因為 xiyi=70 497,x=70 994, 所以根據回歸系數公式得到 當y=115時,x=130,即該生物理成績達到115分時,他的數學成績大約為130分. 建議:進一步加強對數學的學習,提高數學成績的穩(wěn)定性,將有助于物理成績的進一步提高.- 配套講稿:
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