稿件来源:高途
| 4.3.1 一元线性回归模型题目答案及解析如下,仅供参考!
选择性必修二
第四章 概率与统计
4.3 统计模型
4.3.1 一元线性回归模型
杭州$2022$年亚运会将于$2023$年$9$月$23$日至$10$月$8$日在我国杭州举办.为迎接这一体育盛会,浙江某大学组织大学生举办了一次主题为“喜迎杭州亚运,当好东道主”的亚运知识竞赛,并从所有参赛大学生中随机抽取了$200$人,统计他们的竞赛成绩$m($满分$100$分,已知每名参赛大学生至少得$60$分),制成了如下所示的频数分布表:
成绩$/$分 | $\left[60,70\right)$ | $\left[70,80\right)$ | $\left[80,90\right)$ | $\left[90,100\right]$ |
人数 | $60$ | $70$ | $50$ | $20$ |
$(1)$规定成绩不低于$85$分为“优秀”,成绩低于$85$分为“非优秀”,这$200$名参赛大学生的成绩的情况统计如下表:
分类 | 优秀 | 非优秀 | 总计 |
男生 | $30$ | $70$ | $100$ |
女生 | $20$ | $80$ | $100$ |
判断是否有$95\%$的把握认为竞赛成绩优秀与性别有关;
$(2)$经统计,用于学习亚运知识的时间(单位:时)与成绩(单位:分)之间的关系近似为线性相关关系,对部分参赛大学生用于学习亚运知识时间$x$与知识竞赛成绩$y$进行数据收集,如下表:
$x/$时 | $8$ | $9$ | $11$ | $12$ | $15$ |
$y/$分 | $67$ | $63$ | $80$ | $80$ | $85$ |
求变量$y$关于$x$的线性回归方程$\hat{y}=\hat{b}x+\hat{a}$;
$(3)A$市某企业赞助了这次知识竞赛,给予每位参赛大学生一定的奖励,奖励方案有以下两种:方案一:按竞赛成绩$m$进行分类奖励,当$m \lt 80$时,奖励$100$元;当$80\leqslant m \lt 90$时,奖励$200$元;当$m\geqslant 90$时,奖励$300$元.
方案二:利用抽奖的方式获得奖金,其中竞赛成绩低于样本中位数的只有$1$次抽奖机会,竞赛成绩不低于样本中位数的则有$2$次抽奖机会,其中每次抽奖抽中$100$元现金红包的概率均为$\dfrac{3}{4}$,抽中$200$元现金红包的概率均为$\dfrac{1}{4}$,且两次抽奖结果相互独立.
若每名参赛大学生只能选择一种奖励方案,试用样本的频率估计总体的概率,从数学期望的角度分析,每名参赛大学生选择哪种奖励方案更有利.
附:${K}^{2}=\dfrac{n(ad-bc)^{2}}{(a+b)(c+d)(a+c)(b+d)}($其中$n=a+b+c+d)$;
$P(K^{2}\geqslant k_{0})$ | $0.10$ | $0.05$ | $0.025$ | $0.010$ | $0.005$ | $0.001$ |
$k_{0}$ | $2.706$ | $3.841$ | $5.024$ | $6.635$ | $7.879$ | $10.828$ |
线性回归方程$\hat{y}=\hat{b}x+\hat{a}$中,$\hat{b}=\dfrac{\sum_{i=1}^{n}{({x}_{i}-\overline{x})({y}_{i}-\overline{y})}}{\sum_{i=1}^{n}{({x}_{i}-\overline{x})^{2}}}$,$\hat{a}=\overline{y}-\hat{b}\overline{x}$;
第$(2)$问中,$\overline{x}=11$,$\overline{y}=75$,$\sum_{i=1}^{5}{x}_{i}{y}_{i}=4218$,$\sum_{i=1}^{5}{x}_{i}^{2}=635$.
$(1)$没有$95\\\\%$的把握认为竞赛成绩优秀与性别有关
$(2)$$\\hat{y}=3.1x+40.9$
$(3)$答案见解析
"]]$(1)\because a=30$,$b=70$,$c=20$,$d=80$,
$\therefore {K}^{2}=\dfrac{200×(30×80-20×70)^{2}}{50×150×100×100}≈2.667\lt 3.841$,
$\therefore $没有$95\%$的把握认为竞赛成绩优秀与性别有关;
$(2)$由$\overline{x}=11$,$\overline{y}=75$,$\sum_{i=1}^{5}{x}_{i}{y}_{i}=4218$,$\sum_{i=1}^{5}{x}_{i}^{2}=635$,
得$\hat{b}=\dfrac{\sum_{i=1}^{5}{x}_{i}{y}_{i}-5\overline{x}\overline{y}}{\sum_{i=1}^{5}{{x}_{i}}^{2}-5{\overline{x}}^{2}}=\dfrac{4218-5×11×75}{635-5×1{1}^{2}}=\dfrac{93}{30}=3.1$,
$\therefore \hat{a}=\overline{y}-\hat{b}\overline{x}=75-3.1×11=40.9$,
$\therefore $所求线性回归方程为$\hat{y}=3.1x+40.9$;
$(3)$方案一、设每名参赛大学生可获得的奖金为$X$元,则$X$的所有可能取值为$100$,$200$,$300$,
其对应的概率分别为$\dfrac{130}{200}$,$\dfrac{50}{200}$,$\dfrac{20}{200}$,
故$E(X)=100×\dfrac{130}{200}+200×\dfrac{50}{200}+300×\dfrac{20}{200}=145($元$)$.
方案二,设每名参赛大学生可获得的奖金为$Y$元,则$Y$的所有可能取值为$100$,$200$,$300$,$400$,
$P(Y=100)=\dfrac{1}{2}×\dfrac{3}{4}=\dfrac{3}{8}$,
$P(Y=200)=\dfrac{1}{2}×\dfrac{1}{4}+\dfrac{1}{2}×\dfrac{3}{4}×\dfrac{3}{4}=\dfrac{13}{32}$,
$P(Y=300)=\dfrac{1}{2}×2×\dfrac{3}{4}×\dfrac{1}{4}=\dfrac{3}{16}$,
$P(Y=400)=\dfrac{1}{2}×\dfrac{1}{4}×\dfrac{1}{4}=\dfrac{1}{32}$.
$Y$的分布列为:
$Y$ | $100$ | $200$ | $300$ | $400$ |
$P$ | $\dfrac{3}{8}$ | $\dfrac{13}{32}$ | $\dfrac{3}{16}$ | $\dfrac{1}{32}$ |
$\therefore E(Y)=100×\dfrac{3}{8}+200×\dfrac{13}{32}+300×\dfrac{3}{16}+400×\dfrac{1}{32}=187.5($元$)$.
$\because E\left(X\right) \lt E\left(Y\right)$,$\therefore $从数学期望的角度分析,每名参赛大学生选择方案二更有利.
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