中四 · Statistics and Probability

未分组数据的离散量度

平均值告诉你中心;离散告诉你分散程度。本章度量一组数据有多分散。

什么是未分组数据的离散量度?

两个班可以有相同的平均分,感觉却完全不同,一个聚拢,一个分散。本章用全距、四分位距、方差与标准差来度量未分组数据的这种分散,并说明每一个各有什么用。

内容标准(DSKP)

DSKP KSSM 为本章设定了以下内容标准:

核心概念

全距与四分位距

全距最简单但对离群值敏感;四分位距看中间一半,更稳定。

方差与标准差

它们度量围绕平均值的分散。标准差是方差的平方根,与数据同单位。

两个公式,一个答案

方差可用 Σ(x − x̄)² / N 或更快的 Σx²/N − x̄² 求出,两者考试都提供。

本章如何考

试卷二给一列数值,先求平均值,再求一个分散量,常见的是用试卷提供的公式求标准差。算术是失分处,因此列出清晰的表格很值得。

本章在考试中提供的公式

Mean (ungrouped)
x̄ = Σx / N
考试提供
Variance (ungrouped)
σ2 = Σ(x−x̄)2 / N = Σx2/N − x̄2
考试提供
Standard deviation (ungrouped)
σ = √Σ(x−x̄)2 / N = √Σx2/N − x̄2
考试提供

要避开的常见错误

  • 求标准差时忘了开平方
  • 除以了错误的 N
  • 过早四舍五入,误差贯穿整个计算

为什么标准差胜过全距

全距只看两个数,最大值和最小值,所以一个异常值就能把它撑大,却完全说不出其他数值的情况。标准差用上每一个数值:它衡量每个数值平均离平均数有多远,这正是考试倚重它的原因。

想象两个班级平均分相同:分数紧紧聚在平均数附近的班级标准差小,而分数从很低散到很高的班级标准差大。中心相同,故事却大不相同,只有标准差(或四分位距)能捕捉这个差别。

给每个数值加上或乘上常数,离散度会怎样

考试爱玩的花样是把每个数值都做相同改变,再问平均数和标准差如何变化。两条规则就够用。

第一,若给每个数值加上常数 c,整组数沿数轴平移:平均数增加 c,但离散程度完全不变,所以标准差保持不变。第二,若把每个数值乘以常数 k,平均数乘以 k,标准差乘以 k 的大小(绝对值),而方差乘以 k²。

所以给每人加 5 分不会改变标准差;把每人的分数翻倍则标准差也翻倍。看出这一点就不必从头重算。

读题:他们要的是哪一种离散度量?

算错量度很容易失分,所以要看指令词。若题目说“全距”,用最大值减最小值,一行搞定。

若说“四分位距”,你需要第一和第三四分位数,先把数据排序,找中位数,再找每一半的中间值;答案是 Q3 − Q1。若说“方差”,停在平方那一步,别开根号;若说“标准差”,最后一定要开平方根。

当第二卷题目已经给了 Σx 和 Σx²,那强烈暗示它要用 σ² = Σx²/N − x̄² 公式求平均数和标准差,而不是逐个求离差。

一道考试式例题

一列简短的分数,经典的“先求平均数再求标准差”组合。

  1. 数一数数值个数:N = 6。求和:Σx = 3 + 5 + 6 + 8 + 9 + 11 = 42。
  2. 平均数 x̄ = Σx ÷ N = 42 ÷ 6 = 7。
  3. 每个数值平方后求和:Σx² = 3² + 5² + 6² + 8² + 9² + 11² = 9 + 25 + 36 + 64 + 81 + 121 = 336。
  4. 方差 σ² = Σx²/N − x̄² = 336 ÷ 6 − 7² = 56 − 49 = 7。
  5. 标准差 σ = √(方差) = √7 = 2.65(3 位有效数字)。

如何复习本章

常见问题

本章如何考

SPM 数学通过 数学试卷一(客观题) 与 数学试卷二(主观题) 考查本章,依据上述 DSKP 内容标准。试卷二为步骤给分,因此写出每一步很重要。

要避开的常见错误

求标准差时忘了开平方; 除以了错误的 N; 过早四舍五入,误差贯穿整个计算.

本章在考试中提供的公式

是的,Mean (ungrouped)、Variance (ungrouped)、Standard deviation (ungrouped) 出现在考试提供的公式表上。本章其余内容需自行掌握。

求标准差时该除以 N 还是 N − 1?

在 SPM 1449 里,方差和标准差都一律除以 N,也就是数值的个数。你在别处看到的 n − 1 版本是用于更高阶统计中的样本,这里不使用。

请完全按照 SPM 公式表给出的公式来算,分母用 N。

考试时该用哪一条方差公式?

两条公式给出相同答案,所以哪条快就用哪条。Σx²/N − x̄² 这种形式通常更快,因为你只需两个列的总和,不必逐个减去平均数。

当平均数是整数且数据很短时,才用离差形式 Σ(x − x̄)²/N。

标准差有可能是负数吗?

不会。它是若干平方量之和除以 N 后的平方根,而平方永远不会是负的,所以标准差总是零或正数。

如果你算出负值,那是算错了,最常见是没有正确减去 x̄²。只有当每个数值都相同时,标准差才等于零。

资料来源:DSKP KSSM Mathematics Form 4 and 5 (Versi English)· SPM: Format Pentaksiran mulai 2021, Matematik (1449)

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