Toptailieu.vn giới thiệu Giải SGK Toán 10 Bài 14 (Kết nối tri thức) : Các số đặc trưng đo độ phân tán giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Toán 10 Tập 1. Mời các bạn đón xem:

Toán 10 Kết nối tri thức Bài 14: Các số đặc trưng đo độ phân tán

Câu hỏi trang 84 Toán 10

Câu hỏi mở đầu trang 84 Toán 10: Dưới đây là điểm trung bình môn học kì I của hai bạn An và Bình

 Điểm trung bình môn học kì của An và Bình đều là 8,0 nhưng rõ ràng Bình “học đều” hơn An. Có thể dùng những số đặc trưng nào để đo mức độ “học đều”?

Lời giải:

Sắp xếp lại theo thứ tự không giảm:

Bạn An: 6,5  6,8  7,3  8,0  8,0  8,7  9,2  9,5

Bạn Bình: 7,6  7,8  7,9  8,0  8,1  8,1  8,2  8,3

+ So sánh theo khoảng biến thiên:

Bạn An: $R_1=9,5-6,5=3$

Bạn Bình: $R_2=8,3-7,6=0,7$

Ta thấy $R_1>R_2$ nên bạn Bình học đều hơn

+ So sánh theo khoảng tứ phân vị:

Bạn An: n=8

$Q_1=\frac{6,8+7,3}{2}=7,05$, $Q_4=\frac{8,7+9,2}{2}=8,95$

Khoảng tứ phân vị là ${\mathrm{\Delta }}_Q=Q_3-Q_1=8,95-7,05=1,9$

Bạn Bình: n=8

$Q{}_1^{\prime }=\frac{7,8+7,9}{2}=7,85$, $Q{}_3^{\prime }=\frac{8,1+8,2}{2}=8,15$

Khoảng tứ phân vị

$\mathrm{\Delta }{}_Q^{\prime }=Q{}_3^{\prime }-Q{}_1^{\prime }=8,15-7,85=0,3$

=> Ta thấy ${\mathrm{\Delta }}_Q>\mathrm{\Delta }{}_Q^{\prime }$ nên bạn Bình học đều hơn

+ So sánh theo phương sai hoặc độ lệch chuẩn

Bạn An: $\overline{x}=8$

Ta có bảng:

 Phương sai là ${s_1}^2=\frac{8,36}{8}=1,045$

Độ lệch chuẩn là $s_1=\sqrt{1,045}\approx 1,02$

Bạn Bình: $\overline{x}=8$

Ta có bảng:

Phương sai là ${s_2}^2=\frac{0,36}{8}=0,045$

Độ lệch chuẩn là $s_2=\sqrt{0,045}\approx 0,21$

Ta thấy $s_2<s_1$ nên bạn Bình học đều hơn

1. Khoảng biến thiên và khoảng tứ phân vị

Hoạt động 1 trang 84 Toán 10: Một cổ động viên của câu lạc bộ Everton, Anh đã thống kê điểm số mà hai câu lạc bộ Leicester City và Everton đạt được trong năm mùa giải Ngoại hạng Anh gần đây, từ mùa giải 2014 – 2015 đến mùa giải 2018 - 2019 như sau:

Leicester City: 41   81   44   47   52

Everton:           47   47   61   49   54

Cổ động viên đó cho rằng, Everton thi đấu ổn định hơn Leicester City. Em có đồng ý với nhận định này không? Vì sao?

Phương pháp giải:

Tính hiệu của số lớn nhất và số nhỏ nhất, hiệu càng nhỏ thì càng ổn định.

Lời giải:

Ta có câu lạc bộ Leicester City có điểm lớn nhất là 81 và nhỏ nhất là 41 nên khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất là 40.

Câu lạc bộ Everton có điểm lớn nhất là 61 và nhỏ nhất là 41 nên khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất là 20.

Ta thấy 20

Câu hỏi trang 85 Toán 10

Luyện tập 1 trang 85 Toán 10: Mẫu số liệu sau cho biết chiều cao (đơn vị cm) của các bạn trong tổ:

163 159 172 167 165 168 170 161

Tính khoảng biến thiên của mẫu số liệu này.

Phương pháp giải:

Khoảng biến thiên R=Số lớn nhất - Số nhỏ nhất.

Lời giải:

Số lớn nhất là 172, số nhỏ nhất là 159

R=172-159=13

Hoạt động 2 trang 85 Toán 10: Trong một tuần, nhiệt độ cao nhất trong ngày (đơn vị C) tại hai thành phố Hà Nội và Điện Biên được cho như sau:

Hà Nội:      23 25 28 28 32 33 35.

Điện Biên: 16 24 26 26 26 27 28.

a) Tính các khoảng biến thiên của mỗi mẫu số liệu và so sánh.

b) Em có nhận xét gì về sự ảnh hưởng của giá trị 16 đến khoảng biến thiên của mẫu số liệu về nhiệt độ cao nhất trong ngày tại Điện Biên?

c) Tính các tứ phân vị và hiệu $Q_3-Q_1$ cho mỗi mẫu số liệu. Có thể dùng hiệu này để đo độ phân tán của mẫu số liệu không?

Phương pháp giải:

a) Tìm số lớn nhất, số nhỏ nhất và áp dụng công thức tính khoảng biến thiên:

R=Số lớn nhất-Số nhỏ nhất

b) Nhận xét 16 có chênh lệch thế nào so với các số còn lại.

c) Tìm tứ phân vị

+ Sắp xếp theo thứ tự không giảm.

+ Tìm trung vị. Giá trị này là $Q_2$

+ Tìm trung vị của nửa số liệu bên trái $Q_2$, (không bao gồm $Q_2$, nếu n lẻ). Giá trị này là $Q_1$

+ Tìm trung vị của nửa số liệu bên phải $Q_2$, (không bao gồm $Q_2$, nếu n lẻ). Giá trị này là $Q_3$

Lời giải:

a) Hà Nội:

Số lớn nhất là 35, số nhỏ nhất là 23

R=35-23=12

Điện Biên:

Số lớn nhất là 28, số nhỏ nhất là 16

R=28-16=12

Khoảng biến thiên về nhiệt độ của Hà Nội và Điện Biên bằng nhau.

b) Số 16 làm cho khoảng biến thiên về nhiệt độ tại Điện Biên lớn hơn.

c) Hà Nội:      23 25 28 28 32 33 35.

$Q_2=28$

$Q_1=25$

$Q_3=33$

$Q_3-Q_1=33-25=8$

Điện Biên: 16 24 26 26 26 27 28.

$Q_2=26$

$Q_1=24$

$Q_3=27$

$Q_3-Q_1=27-24=3$

Có thể dùng hiệu này để đo độ phân tán.

Chú ý: $Q_3-Q_1$ chính là khoảng tứ phân vị.

Luyện tập 2 trang 86 Toán 10: Mẫu số liệu sau đây cho biết số bài hát ở mỗi album trong bộ sưu tập của An:

12 7 10 9 12 9 10 11 10 14.

Hãy tìm khoảng tứ phân vị cho mẫu số liệu này.

Phương pháp giải:

Bước 1: Tìm tứ phân vị

+ Sắp xếp theo thứ tự không giảm.

+ Tìm trung vị. Giá trị này là $Q_2$

+ Tìm trung vị của nửa số liệu bên trái $Q_2$, (không bao gồm $Q_2$, nếu n lẻ). Giá trị này là $Q_1$

+ Tìm trung vị của nửa số liệu bên phải $Q_2$, (không bao gồm $Q_2$, nếu n lẻ). Giá trị này là $Q_3$

Bước 2: Tìm khoảng tứ phân vị

${\mathrm{\Delta }}_Q=Q_3-Q_1$ chính là khoảng tứ phân vị.

Lời giải:

Sắp xếp lại:

7  9  9  10  10  10  11  12  12  14

Trung vị $Q_2={\displaystyle \frac{10+10}{2}}=10$

Nửa trái $Q_2$: 7  9  9  10  10 

$Q_1=9$

Nửa phải: 10  11  12  12  14

$Q_3=12$

Khoảng tứ phân vị: ${\mathrm{\Delta }}_Q=Q_3-Q_1=12-9=3$

2. Phương sai và độ lệch chuẩn

Câu hỏi trang 87 Toán 10

Luyện tập 3 trang 87 Toán lớp 10 Tập 1: Dùng đồng hồ đo thời gian có độ chia nhỏ nhất đến 0,001 giây để đo 7 lần thời gian rơi tự do của một vật bắt đầu từ điểm A(V_A = 0) đến điểm B. Kết quả đo như sau:

0,398          0,399          0,408          0,410          0,406          0,405          0,402.

(Theo Bài tập Vật lí 10, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam, 2018)

Hãy tìm phương sai và độ lệch chuẩn cho mẫu số liệu này. Qua các đại lượng này, em có nhận xét gì về độ chính xác của phép đo trên?

Lời giải:

Số trung bình của mẫu số liệu là:

Ta có bảng sau:

Số liệu gồm 7 giá trị nên n = 7. Do đó phương sai là: 

$s^2=\frac{0,000122}{7}=0,000017.$

Độ lệch chuẩn là: $s=\sqrt{0,000017}\approx 0,0042.$

Đối với số liệu này phương sai và độ lệch chuẩn nhỏ nên độ phân tán của số liệu thấp. Do đó các giá trị của mẫu số liệu tập trung quanh giá trị trung bình.

3. Phát hiện số liệu bất thường hoặc không chính xác bằng biểu đồ hộp

Luyện tập 4 trang 87 Toán lớp 10 Tập 1: Một mẫu số liệu có tứ phân vị thứ nhất là 56 và tứ phân vị thứ ba là 84. Hãy kiểm tra xem trong hai giá trị 10 và 100 giá trị nào được xem là giá trị bất thường.

Lời giải:

Ta cố Q₁ = 56 và Q₃ = 84. Do đó, khoảng tứ phân vị là:

Δ_Q = 84 – 56 = 28.

Biểu đồ hộp cho mẫu số liệu này là:

Ta có: Q₁ – 1,5.Δ_Q = 56 – 1,5.28 = 14 và : Q₃ + 1,5.Δ_Q = 84 + 1,5.28 = 126 nên trong hai số liệu 10 và 100 thì giá trị được xem là bất thường là 10 (nhỏ hơn 14).

Bài tập

Câu hỏi trang 88 Toán 10

Bài 5.11 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Mỗi khẳng định sau đúng hay sai?

(1) Nếu các giá trị của mẫu số liệu càng tập trung quanh giá trị trung bình thì độ lệch chuẩn càng lớn.

(2) Khoảng biến thiên chỉ sử dụng thông tin của giá trị lớn nhất và bé nhất , bỏ qua thông tin của các giá trị còn lại.

(3) Khoảng tứ phân vị có sử dụng thông tin của giá trị lớn nhất, giá trị bé nhất.

(4) Khoảng tứ phân vị chính là khoảng biến thiên của nửa dưới mẫu số liệu đã sắp xếp.

(5) Các số đo độ phân tán đều không âm.

Lời giải:

Nếu các giá trị của mẫu số liệu càng tập trung quanh giá trị trung bình thì độ phân tán nhỏ nên độ lệch chuẩn càng nhỏ. Do đó (1) sai.

Khoảng biến thiên chỉ sử dụng thông tin của giá trị lớn nhất và bé nhất , bỏ qua thông tin của các giá trị còn lại. Do đó (2) đúng.

Khoảng tứ phân vị là hiệu số giữa tứ phân vị thứ ba và tứ phân vị thứ nhất. Do đó (3) sai.

Về bản chất, khoảng tứ phân vị là khoảng biến thiên của 50% số liệu chính giữa của mẫu số liệu đã sắp xếp. Do đó (4) sai.

Các số đo độ phân tán gồm:

Khoảng biến thiên là hiệu của giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất nên không âm.

Khoảng tứ phân vị là hiệu của tứ phân vị thứ ba và tứ phân vị thứ nhất mà dãy số liệu được sắp xếp theo thứ tự không giảm nên không âm.

Phương sai và độ lệch chuẩn đều không âm.

Do đó (5) đúng.

Bài 5.12 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Cho hai biểu đồ chấm điểm biểu diễn hãi mẫu số liệu A, B như sau:

Không tính toán, hãy cho biết:

a) Hai mẫu số liệu này có cùng khoảng biến thiên và số trung bình không?

b) Mẫu số liệu nào có phương sai lớn hơn?

Lời giải:

a)

Mẫu số liệu thứ nhất và mẫu số liệu thứ hai có giá trị lớn nhất là 9 và giá trị nhỏ nhất là 3. Do đó hai mẫu số liệu này có cùng khoảng biến thiên.

Mẫu số liệu thứ nhất có xu hướng trung tâm là giá trị 6.

Mẫu số liệu thứ hai các giá trị tập trung nhiều xung quanh ba giá trị 5, 6, 7  nên số trung bình sẽ khoảng 6.

Do đó hai mẫu số liệu có cùng giá trị trung bình.

b)

Mẫu số liệu thứ nhất các giá trị rải đều từ 3 đến 9 nên độ phân tán nhỏ. Còn mẫu số liệu thứ hai có độ phân tán lớn hơn nên phương sai của mẫu số liệu thứ hai lớn hơn.

Bài 5.13 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Cho mẫu số liệu gồm 10 số dương không hoàn toàn giống nhau. Các số đo độ phân tán (khoảng biến thiên, khoảng tứ phân vị, độ lệch chuẩn) sẽ thay đổi như thế nào nếu:

a) Nhân mỗi giá trị của mẫu số liệu với 2.

b) Cộng mỗi giá trị của mẫu số liệu với 2.

Lời giải:

a) Gọi các giá trị dương của mẫu số liệu ban đầu theo thứ tự từ bé đến lớn là: a; b; c; d; e; f; g; h; i; k.

Số trung bình cộng của mẫu số liệu là:

$\overline{X}=\frac{a+b+c+d+e+f+g+h+i+k}{10}$

Phương sai:

Độ lệch chuẩn:

Giá trị lớn nhất là k, giá trị nhỏ nhất là a. Khi đó khoảng biến thiên: R = k – a.

Vì n = 10 nên trung vị là trung bình cộng hai giá trị chính giữa: $Q_2=\frac{e+f}{2}$

Nửa mẫu số liệu bên trái có tứ phân vị thứ nhất là $Q_1=\frac{b+c}{2}$

Nửa mẫu số liệu bên phải có tứ phân vị thứ ba là $Q_3=\frac{h+i}{2}$.

Khi đó khoảng tứ phân vị là:

${\Delta }_Q=Q_3-Q_1=\frac{h+i}{2}-\frac{b+c}{2}.$

Nhân mỗi giá trị của mẫu số liệu với 2 ta được dãy số liệu mới theo thứ tự từ bé đến lớn là: 2a; 2b; 2c; 2d; 2e; 2f; 2g; 2h; 2i; 2k.

Số trung bình cộng của mẫu số liệu là:

Phương sai:

Độ lệch chuẩn:

Giá trị lớn nhất là k, giá trị nhỏ nhất là a. Khi đó khoảng biến thiên: R’ = 2k – 2a = 2R.

Ta có: tứ phân vị thứ nhất là $Q{\text{'}}_1=\frac{2b+2c}{2}=b+c=2Q_1$và tứ phân vị thứ ba là $Q{\text{'}}_3=\frac{2h+2i}{2}=h+i=2Q_3$. Khi đó khoảng tứ phân vị là:

${\Delta }_{Q\text{'}}=Q{\text{'}}_3-Q{\text{'}}_1=2Q_3-2Q_1=2{\Delta }_Q.$

Vậy các khoảng biến thiên, độ lệch chuẩn, khoảng tứ phân vị của dãy số liệu mới bằng hai lần các khoảng biến thiên, độ lệch chuẩn, khoảng tứ phân vị ban đầu.

b)

Các giá trị dương của mẫu số liệu khi cộng thêm mẫu số liệu với 2 ta được: a + 2; b + 2; c + 2; d + 2; e + 2; f + 2; g + 2; h + 2; i + 2; k + 2.

Số trung bình cộng của mẫu số liệu là:

Phương sai:

Độ lệch chuẩn:

Giá trị lớn nhất là k, giá trị nhỏ nhất là a. Khi đó khoảng biến thiên: R’ = 2 + k – (2 + a) = k – a = R.

Ta có: tứ phân vị thứ nhất là 

$Q{\text{'}}_1=\frac{2+b+2+c}{2}=b+c+2=Q_1+2$

và tứ phân vị thứ ba là

$Q{\text{'}}_3=\frac{2+h+2+i}{2}$

$=h+i+2=Q_3+2$.

Khi đó khoảng tứ phân vị là:

$$\begin{gathered} {\Delta }_{Q\text{'}}=Q{\text{'}}_3-Q{\text{'}}_1=Q_3+2-\left(Q_1+2\right) \\ =Q_3-Q_1={\Delta }_Q. \end{gathered}$$

Vậy các khoảng biến thiên, độ lệch chuẩn, khoảng tứ phân vị của dãy số liệu mới bằng các khoảng biến thiên, độ lệch chuẩn, khoảng tứ phân vị ban đầu.

Bài 5.14 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Từ mẫu số liệu về thuế thuốc lá của 51 thành phố tại một quốc gia, người ta tính được:

Giá trị nhỏ nhất bằng 2,5; Q₁ = 36; Q₂ = 60; Q₃ = 100; giá trị lớn nhất bằng 205.

a) Tỉ lệ thành phố có thuế thuốc lá lớn hơn 36 là bao nhiêu?

b) Chỉ ra hai giá trị sao cho có 50% giá trị của mẫu số liệu nằm giữa hai giá trị này?

c) Tìm khoảng tứ phân vị của mẫu số liệu.

Lời giải:

a) Vì số các giá trị của số liệu n = 51 là số lẻ nên trung vị của số liệu là giá trị thứ 26.

Nửa bên trái số trung vị gồm 25 số liệu là số lẻ nên tứ phân vị thứ nhất là giá trị thứ 13 có giá trị là 36.

Do đó có 38 thành phố có thuế thuốc lá hơn 36.

Suy ra tỉ lệ các thành phố có thuế thuốc lá lớn hơn 36 là: $\frac{38}{51}=74,51\%.$

Vậy tỉ lệ các thành phố có thuế thuốc là lớn hơn 36 là: 74,51%.

b)

Tứ phân vị thứ nhất là giá trị thứ 13, tứ phân vị thứ ba là giá trị thứ 39.

Giữa hai giá trị là các giá trị thứ 13 đến giá trị thứ 39. Do đó có tất cả (39 – 13):1 + 1 = 27.

Mà $\frac{27}{51}=53\%.$

Vậy giữa hai giá trị Q₁ = 36 và Q₃ = 100 có 50% giá trị của mẫu số liệu nằm giữa hai giá trị này. 

d) Khoảng tứ phân vị của mẫu số liệu này là: ∆_Q = Q₃ – Q₁ = 100 – 36 = 64

Bài 5.15 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Mẫu số liệu sau đây cho biết cân nặng của 10 trẻ sơ sinh (đơn vị kg):

2,977          3,155          3,920          3,412          4,236

2,593          3,270          3,813          4,042          3,387.

Hãy tìm khoảng biến thiên, khoảng tứ phân vị và độ lệch chuẩn cho mẫu số liệu này.

Lời giải:

Sắp xếp các giá trị của số liệu trên theo thứ tự từ bé đến lớn là:

2,593; 2,977; 3,155; 3,270; 3,387; 3,412; 3,813; 3,920; 4,042; 4,236.            .

Ta có giá trị lớn nhất là 4,236 kg và giá trị nhỏ nhất là 2,593 kg.

Khi đó khoảng biến thiên là: R = 4,236 – 2,593 = 1,643.

Vì n = 10 là số chẵn nên trung vị là trung bình cộng của hai giá trị chính giữa: Q₂ = (3,387 + 3,412):2 = 3,3995.

Nửa số liệu bên trái gồm 5 số liệu là một số lẻ nên tứ phân vị thứ nhất là: Q₁ = 3,155.

Nửa số liệu bên phải gồm 5 số liệu là một số lẻ nên tứ phân vị thứ ba là: Q₃ = 3,920.

Khoảng tứ phân vị là:

∆_Q = Q₃ – Q₁ = 3,920 – 3,155 = 0,765.

Số trung bình cộng của mẫu số liệu là:

Vậy khoảng biến thiên R = 1,643, khoảng tứ phân vị ∆_Q = 0,765; độ lệch chuẩn s ≈ 0,49.

Bài 5.16 trang 88 Toán lớp 10 Tập 1: Tỉ lệ thất nghiệp ở một quốc gia vào năm 2007 (đơn vị %) được cho như sau:

7,8     3,2     7,7     8,7     8,6     8,4     7,2     3,6

5,0     4,4     6,7     7,0     4,5     6,0     5,4.

Hãy tìm các giá trị bất thường (nếu có) của mẫu số liệu trên.

Lời giải:

Sắp xếp dãy số liệu theo thứ tự không giảm, ta được:

3,2; 3,6; 4,4; 4,5; 5,0; 5,4; 6,0; 6,7; 7,0; 7,2; 7,7; 7,8; 8,4; 8,6; 8,7.

Vì n = 15 là số lẻ nên số trung vị là giá trị chính giữa Q₂ = 6,7.

Nửa số liệu bên trái có 7 số liệu nên có tứ phân vị thứ nhất là Q₁ = 4,5.

Nửa số liệu bên phải có 7 số liệu nên có tứ phân vị thứ hai là Q₃ = 7,8.

Khoảng tứ phân vị là: ∆_Q = Q₃ – Q₁ = 7,8 – 4,5 = 3,3. 

Ta có: Q₁ – 1,5Δ_Q = 4,5 – 4,95 = -0,45 và Q₃ +  1,5Δ_Q = 7,8 + 4,95 = 12,75 nên trong mẫu số liệu đã cho không có giá trị nào bất thường.

Vậy mẫu số liệu đã cho không có giá trị nào bất thường.