第9章第1讲 随机抽样.docx

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第9章第1讲随机抽样

第九章 统计与统计案例

第1讲 随机抽样

[考纲解读] 1.理解随机抽样的必要性和重要性,会用简单随机抽样方法从总体中抽取样本.

2.了解分层抽样与系统抽样的意义,能利用分层抽样与系统抽样解决实际问题.(重点)

[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲内容为高考中的冷考点.预测2021年高考对本讲将会以实际应用为背景命题考查分层抽样或系统抽样,同时也可能与统计相结合命题.试题以客观题的形式呈现,难度不大,以中、低档题目为主.

1.简单随机抽样

(1)定义:

设一个总体含有N个个体,从中逐个

不放回地抽取n个个体作为样本(n≤N),如果每次抽取时总体内的各个个体被抽到的机会都

相等,就把这种抽样方法叫做简单随机抽样.

(2)最常用的简单随机抽样的方法:

抽签法和

随机数表法.

2.系统抽样

(1)定义:

当总体中的个体数目较多时,可将总体分成均衡的几个部分,然后按照事先定出的规则,从每一部分抽取一个个体得到所需要的样本,这种抽样方法叫做系统抽样.

(2)系统抽样的操作步骤

假设要从容量为N的总体中抽取容量为n的样本.

①先将总体的N个个体编号;

②确定

分段间隔k,对编号进行分段,当

(n是样本容量)是整数时,取k=

;当

不是整数时,可随机地从总体中剔除余数x,取k=

③在第1段用

简单随机抽样确定第一个个体编号l(l≤k);

④按照一定的规则抽取样本,通常是将l加上间隔k得到第2个个体编号

l+k,再加k得到第3个个体编号

l+2k,依次进行下去,直到获取整个样本.

3.分层抽样

(1)定义:

在抽样时,将总体分成

互不交叉的层,然后按照一定的比例,从各层独立地抽取一定数量的个体,将各层取出的个体合在一起作为样本,这种抽样方法叫做分层抽样.

(2)应用范围:

当总体是由

差异明显的几个部分组成时,往往选用分层抽样.

注:

三种抽样方法的比较

类别

共同点

各自特点

相互联系

适用范围

简单随

机抽样

是不放回抽样,抽样过程中,每个个体被抽到的机会(概率)相等

从总体中逐个抽取

总体中的

个数较少

系统

抽样

将总体均分成几部分,按事先确定的规则,在各部分抽取

在起始部分抽样时,采用简单随机抽样

总体中的个

数比较多 

分层

抽样

将总体分成几层,分层进行抽取

各层抽样时,采用简单随机抽样或者系统抽样

总体由差异

明显的几部

分组成  

1.概念辨析

(1)简单随机抽样每个个体被抽到的机会不一样,与先后有关.(  )

(2)系统抽样在起始部分抽样时采用简单随机抽样.(  )

(3)在分层抽样的过程中,哪一层的样本越多,该层中个体抽取到的可能性越大.(  )

(4)要从1002个学生中用系统抽样的方法选取一个容量为20的样本,需要剔除2个学生,这样对被剔除者不公平.(  )

答案 

(1)× 

(2)√ (3)× (4)×

2.小题热身

(1)在“世界读书日”前夕,为了了解某地5000名居民某天的阅读时间,从中抽取了200名居民的阅读时间进行统计分析,在这个问题中,5000名居民的阅读时间的全体是(  )

A.总体

B.个体

C.样本容量

D.从总体中抽取的一个样本

答案 A

解析 从5000名居民某天的阅读时间中抽取200名居民的阅读时间,样本容量是200,抽取的200名居民的阅读时间是一个样本,每名居民的阅读时间就是一个个体,5000名居民的阅读时间的全体是总体.

(2)对一个容量为N的总体抽取容量为n的样本,当选取简单随机抽样、系统抽样和分层抽样三种不同方法抽取样本时,总体中每个个体被抽中的概率分别为p1,p2,p3,则(  )

A.p1=p2

C.p1=p3

答案 D

解析 因为采取简单随机抽样、系统抽样和分层抽样抽取样本时,总体中每个个体被抽中的概率相等.故选D.

(3)某中学将参加期中测试的1200名学生编号为1,2,3,…,1200,现从中抽取一个容量为50的样本进行学习情况调查,按系统抽样的方法分为50组,如果第一组中抽出的学生编号为20,则第四组中抽取的学生编号为(  )

A.68B.92

C.82D.170

答案 B

解析 第四组中抽取的学生编号为20+(1200÷50)×3=92.

(4)某工厂生产甲、乙、丙、丁四种不同型号的产品,产量分别为200,400,300,100件.为检验产品的质量,现用分层抽样的方法从以上所有的产品中抽取60件进行检验,则应从丙种型号的产品中抽取________件.

答案 18

解析 由题意,知应从丙型产品中抽取

60×

=60×

=18(件).

题型一 简单随机抽样

1.下列抽样检验中,适合用抽签法的是(  )

A.从某厂生产的5000件产品中抽取600件进行质量检验

B.从某厂生产的两箱(每箱18件)产品中抽取6件进行质量检验

C.从甲、乙两厂生产的两箱(每箱18件)产品中抽取6件进行质量检验

D.从某厂生产的5000件产品中抽取10件进行质量检验

答案 B

解析 A,D中总体的个体数较多,不适宜用抽签法,C中,一般甲、乙两厂的产品质量有区别,也不适宜用抽签法.故选B.

2.利用简单随机抽样,从n个个体中抽取一个容量为10的样本.若第二次抽取时,余下的每个个体被抽到的概率为

,则在整个抽样过程中,每个个体被抽到的概率为(  )

A.

B.

C.

D.

答案 C

解析 根据题意,

,解得n=28.

故在整个抽样过程中每个个体被抽到的概率为

.

3.(2019·衡水二模)某工厂利用随机数表对生产的600个零件进行抽样测试,先将600个零件进行编号,编号分别为001,002,…,599,600,从中抽取60个样本,如下提供是随机数表的第4行到第6行:

32211834297864540732524206443812234356773578905642

84421253313457860736253007328623457889072368960804

32567808436789535577348994837522535578324577892345

若从表中第6行第6列开始向右依次读取数据,则得到的第6个样本编号是________.

答案 578

解析 从第6行第6列的数开始,满足条件的6个编号依次为436,535,577,348,522,578,则第6个编号为578.

1.简单随机抽样的特点

(1)抽取的个体数较少.

(2)是逐个抽取.(3)是不放回抽取.(4)是等可能抽取.只有四个特点都满足的抽样才是简单随机抽样.

2.抽签法与随机数表法的适用情况

(1)抽签法适用于总体中个体数较少的情况,随机数表法适用于总体中个体数较多的情况.

(2)一个抽样试验能否用抽签法,关键看两点:

一是抽签是否方便;二是号签是否易搅匀.                   

1.下面的抽样方法是简单随机抽样的为(  )

A.在某年明信片销售活动中,规定每100万张为一个开奖组,通过随机抽取的方式确定号码的后四位为2709的为三等奖

B.某车间包装一种产品,在自动包装的传送带上,每隔30分钟抽一包产品,称其重量是否合格

C.某学校分别从行政人员、教师、后勤人员中抽取2人、14人、4人了解对学校机构改革的意见

D.用抽签方法从10件产品中选取3件进行质量检验

答案 D

解析 A,B是系统抽样,C是分层抽样,D是简单随机抽样.

2.总体由编号为01,02,…,19,20的20个个体组成.利用下面的随机数表选取5个个体,选取方法是从随机数表第1行的第5列数字开始由左到右依次选取两个数字,则选出来的第5个个体的编号为(  )

78166572080263140701436997280198

32049234493582003623486969387481

A.08B.07

C.02D.01

答案 D

解析 选出的5个个体的编号依次是08,02,14,07,01.故选D.

题型二 系统抽样 

(2019·全国卷Ⅰ)某学校为了解1000名新生的身体素质,将这些学生编号为1,2,…,1000,从这些新生中用系统抽样方法等距抽取100名学生进行体质测验.若46号学生被抽到,则下面4名学生中被抽到的是(  )

A.8号学生B.200号学生

C.616号学生D.815号学生

答案 C

解析 根据题意,系统抽样是等距抽样,所以抽样间隔为

=10.因为46除以10余6,所以抽到的号码都是除以10余6的数,结合选项知应为616.故选C.

结论探究 本例条件不变,则被抽到的学生的最小编号为________,最大编号为________.

答案 6 996

解析 根据题意,可知此系统抽样的抽样间隔为

=10,共分100组,46号在第5组,故被抽到的最小编号在第一组,是46-10×4=6,最大编号在第100组,是46+10×95=996.

系统抽样的注意点

(1)系统抽样适用的条件是总体容量较大,样本容量也较大.

(2)若不改变抽样规则,则所抽取的号码构成一个等差数列,其首项为第一组所抽取的号码,公差为样本间隔.故问题可转化为等差数列问题解决.

(3)抽样规则改变,应注意每组抽取一个个体这一特性不变.

(4)如果总体容量N不能被样本容量n整除,可随机地从总体中剔除余数,然后再按系统抽样的方法抽样,其中起始编号的确定应用简单随机抽样的方法.                   

1.某校为了解1000名高一新生的身体生长状况,用系统抽样法(按等距的规则)抽取40名同学进行检查,将学生从1~1000进行编号,现已知第18组抽取的号码为443,则第一组用简单随机抽样抽取的号码为(  )

A.16B.17

C.18D.19

答案 C

解析 ∵从1000名学生中抽取一个容量为40的样本,∴系统抽样的分段间隔为

=25.设第一组随机抽取一个号码为x,则第18组的抽取编号为x+17×25=443,∴x=18.

2.(2019·安徽芜湖模拟)为了解高中生在寒假期间每天自主学习的时间,某校采用系统抽样的方法,从高三年级900名学生中抽取50名进行相关调查.先将这900名高中生从1到900进行编号,求得间隔数k=

=18,即每18名高中生中抽取1名,若在编号为1~18的高中生中随机抽取1名,抽到的高中生的编号为6,则在编号为37~54的高中生中抽到的高中生的编号应该是________.

答案 42

解析 根据题意,采用系统抽样,且分段间隔为18,首组所取的号码为6,故后面的组抽取的号码为18n+6(1≤n≤49,n∈N),令37≤18n+6≤54,得n=2,故所抽取的号码为2×18+6=42.

题型三 分层抽样 

角度1 求总体容量或样本容量

1.交通管理部门为了解机动车驾驶员(简称驾驶员)对某新法规的知晓情况,对甲、乙、丙、丁四个社区做分层抽样调查.假设四个社区驾驶员的总人数为N,其中甲社区有驾驶员96人.若在甲、乙、丙、丁四个社区抽取驾驶员的人数分别为12,21,25,43,则这四个社区驾驶员的总人数N为(  )

A.101B.808

C.1212D.2012

答案 B

解析 甲社区每个个体被抽到的概率为

,样本容量为12+21+25+43=101,所以四个社区中驾驶员的总人数N=

=808.

2.(2019·安徽六校教育研究会联考)某工厂生产的A,B,C三种不同型号的产品的数量之比为2∶3∶5,为研究这三种产品的质量,现用分层抽样的方法从该工厂生产的A,B,C三种产品中抽出样本容量为n的样本,若样本中A型产品有10件,则n的值为(  )

A.15B.25

C.50D.60

答案 C

解析 解法一:

某工厂生产的A,B,C三种不同型号产品的数量之比为2∶3∶5,用分层抽样的方法抽取一个容量为n的样本,则A型产品被抽取的抽样比为

.因为A产品有10件,所以n=

=50.故选C.

解法二:

由题意,得

,解得n=50.故选C.

角度2 求每层中的样本数量

3.分层抽样是将总体分成互不交叉的层,然后按照一定的比例,从各层独立地抽取一定数量的个体,组成一个样本的抽样方法.在《九章算术》第三章“衰分”中有如下问题:

“今有甲持钱五百六十,乙持钱三百五十,丙持钱一百八十,凡三人俱出关,关税百钱,欲以钱多少衰出之,问各几何?

”其译文为:

今有甲持560钱,乙持350钱,丙持180钱,甲、乙、丙三人一起出关,关税共100钱,要按照各人带钱多少的比例进行交税,问三人各应付多少税?

则下列说法错误的是(  )

A.甲应付51

B.乙应付32

C.丙应付16

D.三者中甲付的钱最多,丙付的钱最少

答案 B

解析 依题意由分层抽样可知,100÷(560+350+180)=

则甲应付:

×560=51

(钱);

乙应付:

×350=32

(钱);

丙应付:

×180=16

(钱).

分层抽样问题类型及解题思路

(1)求某层应抽个体数量:

按该层所占总体的比例计算.

(2)已知某层个体数量,求总体容量或反之:

根据分层抽样就是按比例抽样,列比例式进行计算.

(3)分层抽样的计算应根据抽样比构造方程求解,其中“抽样比=

”.

提醒:

分层抽样时,每层抽取的个体可以不一样多,但必须满足抽取ni=n·

(i=1,2,…,k)个个体(其中i是层数,n是抽取的样本容量,Ni是第i层中个体的个数,N是总体容量).

1.一个总体分为A,B,C三层,用分层抽样的方法从总体中抽取一个容量为50的样本,已知B层中每个个体被抽到的概率都为

,则总体中个体的个数为(  )

A.150B.200

C.500D.600

答案 D

解析 运用分层抽样的方法,在不同层中每个个体被抽到的概率相等,都等于

.设总体中个体的个数为N,则

.解得N=600.故选D.

2.某校共有教师200人,男学生800人,女学生600人,现用分层抽样的方法从所有师生中抽取一个容量为n的样本,已知从男学生中抽取的人数为100,那么n=(  )

A.200B.300

C.400D.500

答案 A

解析 每个个体被抽到的概率等于

,应抽取的教师人数为200×

=25,应抽取的女学生人数为600×

=75,故样本容量n=25+75+100=200.

3.(2019·河北一模)随着时代的发展,移动通讯技术的进步,各种智能手机不断更新换代,给人们的生活带来了巨大的便利,但与此同时,长时间低头看手机对人的身体如颈椎、眼睛等会造成一定的损害,“低头族”由此而来.为了解某群体中“低头族”的比例,现从该群体包含老、中、青三个年龄段的1500人中采用分层抽样的方法抽取50人进行调查,已知这50人里老、中、青三个年龄段所占的比例如图所示,则这个群体里老年人人数为(  )

A.490B.390

C.1110D.410

答案 B

解析 由题图,知这50人里老、中、青三个年龄段所占的比例为26%,34%,40%,则这个群体里老年人人数为26%×1500=390.

 组 基础关

1.

(1)某学校为了了解2019年高考数学学科的考试成绩,在高考后对1200名学生进行抽样调查,其中文科400名考生,理科600名考生,艺术和体育类考生共200名,从中抽取120名考生作为样本.

(2)从30名家长中抽取5名参加座谈会.

Ⅰ.简单随机抽样法'Ⅱ.系统抽样法'Ⅲ.分层抽样法

问题与方法配对正确的是(  )

A.

(1)Ⅲ,

(2)ⅠB.

(1)Ⅰ,

(2)Ⅱ

C.

(1)Ⅱ,

(2)ⅢD.

(1)Ⅲ,

(2)Ⅱ

答案 A

解析 

(1)是分层抽样,

(2)是简单随机抽样.

2.(2020·北京西城区模拟)某校共有学生1000人,其中男生600人,女生400人,学校为检测学生的体质健康状况,统一从学生学籍档案管理库(简称“CIMS系统”)中随机选取参加测试的学生,现采用分层抽样的方法从中抽取容量为30的样本进行检测,那么应抽取女生的人数为(  )

A.12B.15

C.18D.20

答案 A

解析 某校共有学生1000人,其中男生600人,女生400人,采用分层抽样的方法从中抽取容量为30的样本进行检测,则应抽取女生的人数为30×

=12.

3.(2019·唐山三模)为了调查某工厂生产的一种产品的尺寸是否合格,现从500件产品中抽出10件进行检验.先将500件产品编号为000,001,002,…,499,在随机数表中任选一个数开始,例如选出第6行第8列的数4开始向右读(为了便于说明,下面摘取了随机数表,附表1的第6行至第8行),即第一个号码为439,则选出的第4个号码是(  )

162277943949544354821737932378

844217533157245506887704744767

630163785916955567199810507175

A.548B.443

C.379D.217

答案 D

解析 从第6行第8列的数4开始向右读,则选出的前4个号码是:

439,495,443,217,∴选出的第4个号码是217.

4.某工厂甲、乙、丙、丁四个车间生产了同一种产品共计2800件,现要用分层抽样的方法从中抽取140件进行质量检测,且从甲、丙两个车间总共抽取的产品数量为60件,则乙、丁两车间生产的产品总共有(  )

A.1000件B.1200件

C.1400件D.1600件

答案 D

解析 由已知条件得,抽样比为

,∵从甲、丙两个车间总共抽取的产品数量为60件,∴从乙、丁两个车间抽取的产品数量为140-60=80件,∴乙、丁两车间生产的产品总共有

=1600件.

5.(2019·保定二模)某工厂生产A,B,C三种不同型号的产品,其中某月生产的产品数量之比依次为m∶3∶2,现用分层抽样的方法抽取一个容量为120的样本,已知A种型号产品抽取了45件,则m=(  )

A.1B.2

C.3D.4

答案 C

解析 设该工厂生产A型号的产品数量为mk,则生产B型号的产品数量为3k,生产C型号的产品数量为2k,则

,解得m=3.

6.(2019·江西八校联考)从编号为001,002,…,500的500个产品中用系统抽样的方法抽取一个样本,已知样本中编号最小的两个编号分别为007,032,则样本中最大的编号应该为(  )

A.480B.481

C.482D.483

答案 C

解析 根据系统抽样的定义,知样本的编号成等差数列,令a1=7,a2=32,则d=25,所以7+25(n-1)≤500,所以n≤

,n的最大值为20,得最大的编号为7+25×19=482.

7.用系统抽样法从160名学生中抽取容量为20的样本,将学生随机地从1~160编号,按编号顺序平均分成20组(1~8,9~16,…,153~160).若第16组得到的号码为126,则第1组中用抽签的方法确定的号码是________.

答案 6

解析 设第1组抽出的号码为x,则第16组应抽出的号码是

×15+x=126,∴x=6.

8.某商场有四类食品,食品类别和种数见下表:

类别

粮食类

植物油类

动物性食品类

果蔬类

种类

40

10

30

20

现从中抽取一个容量为20的样本进行食品安全检测,若采用分层抽样方法抽取样本,则抽取的植物油类与果蔬类食品种数之和为________.

答案 6

解析 因为总体的个数为40+10+30+20=100,所以根据分层抽样的定义可知,抽取的植物油类食品种数为

×20=2,抽取的果蔬类食品种数为

×20=4,所以抽取的植物油类与果蔬类食品种数之和为2+4=6.

 组 能力关

1.(2019·湖北荆州模拟)我国古代数学算经十书之一的《九章算术》有一衰分问题:

今有北乡八千一百人,西乡九千人,南乡五千四百人,凡三乡,发役五百,意思是用分层抽样的方法从这三乡中共抽出500人服役,则西乡比南乡多抽出的人数为(  )

A.20B.60

C.80D.200

答案 C

解析 北乡8100人,西乡9000人,南乡5400人,对应的人数比为8100∶9000∶5400=9∶10∶6,则西乡抽取的人数为

×500=200,南乡抽取人数为

×500=120,则西乡比南乡多200-120=80人.故选C.

2.某市为最大限度的吸引“高精尖缺”人才,向全球“招贤纳士”,推进了人才引入落户政策.随着人口增多,对住房要求也随之而来,而选择购买商品房时,住户对商品房的户型结构越来越重视,因此某商品房调查机构随机抽取n名市民,针对其居住的户型结构和满意度进行了调查,如图1调查的所有市民中四居室共200户,所占比例为

,二居室住户占

.如图2是用分层抽样的方法从所有调查的市民的满意度问卷中,抽取10%的调查结果绘制成的统计图,则下列说法正确的是(  )

A.样本容量为70

B.样本中三居室住户共抽取了25户

C.根据样本可估计对四居室满意的住户有70户

D.样本中对三居室满意的有15户

答案 D

解析 可先根据题图1求出总体数量及样本容量,再根据分层抽样及题图2确定样本中三居室户数及满意人数.

选项

正误

原因

A

×

总体容量为600,样本容量为600×10%=60

B

×

样本中三居室住户共抽取300×10%=30(户)

C

×

对四居室满意的住户共有200×40%=80(户)

D

样本中三居室住户有300×10%=30(户),对三居室满意的住户有30×50%=15(户)

3.在高三某次数学测试中,40名学生的成绩如图所示.若将成绩由低到高编为1~40号,再用系统抽样的方法从中抽取8人,则其中成绩在区间[123,134]上的学生人数为________.

答案 3

解析 根据茎叶图,成绩在区间[123,134]上的数据有15个,

所以用系统抽样的方法从所有的40人中抽取8人,

成绩在区间[123,134]上的学生人数为8×

=3.

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