| 4.3.1 一元线性回归模型 题目答案及解析

稿件来源:高途

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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

当前移动网络已融入社会生活的方方面面,深刻改变了人们的沟通、交流乃至整个生活方式.$4G$网络虽然解决了人与人随时随地通信的问题,但随着移动互联网快速发展,其已难以满足未来移动数据流量暴涨的需求,而$5G$作为一种新型移动通信网络,不但可以解决人与人的通信问题,而且还可以为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清$\left(3D\right)$视频等更加身临其境的极致业务体验,更重要的是还可以解决人与物、物与物的通信问题,从而满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求,为更好的满足消费者对$5G$网络的需求,中国电信在某地区推出了六款不同价位的流量套餐,每款套餐的月资费$x\left(单位:元\right)$与购买人数$y($单位:万人)的数据如下表:

套餐$A$$B$$C$$D$$E$$F$
月资费$x(元)$$38$$48$$58$$68$$78$$88$
购买人数$y(万人)$$16.8$$18.8$$20.7$$22.4$$24.0$$25.5$

对数据作初步的处理,相关统计量的值如下表:

$\sum_{i=1}^{6}{{v}_{i}}{ω}_{i}$$\sum_{i=1}^{6}{{v}_{i}}$$\sum_{i=1}^{6}{{ω}_{i}}$$\sum_{i=1}^{6}{{v}_{i}^{2}}$
$75.3$$24.6$$18.3$$101.4$

其中$v_{i}=\ln x_{i},\omega _{i}=\ln y_{i}$,且绘图发现,散点$\left(v_{i},\omega _{i}\right)\left(1\leqslant i\leqslant 6\right)$集中在一条直线附近.
$(1)$根据所给数据,求出$y$关于$x$的回归方程;
$(2)$已知流量套餐受关注度通过指标$T(x)=\dfrac{x+36}{y}$来测定,当$T(x)∈\left(\dfrac{85}{7{\rm e}},\dfrac{68}{5{\rm e}}\right)$时相应的流量套餐受大众的欢迎程度更高,被指定为“主打套餐”.现有一家四口从这六款套餐中,购买不同的四款各自使用.记四人中使用“主打套餐”的人数为$X$,求随机变量$X$的分布列和期望.
附:对于一组数据$\left(v_{1},\omega _{1}\right)$$\left(v_{2},\omega _{2}\right)$$\cdots $$\left(v_{n},\omega _{n}\right)$,其回归方程$\omega =bv+a$的斜率和截距的最小二乘估计值分别为$\hat{b}=\dfrac{\sum\limits_{i=1}^{n}\left({v}_{i}-\overline{v}\right)\cdot ({\omega }_{i}-\overline{\omega })}{\sum\limits_{i=1}^{n}\left({v}_{i}-\overline{v}\right)^{2}},\overline{a}=\overline{\omega }-\hat{b}\overline{v}$.

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$(1)$ $y={\\rm e}{x}^{\\frac{1}{2}}$
$(2)$ 答案见解析

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$(1)$因为散点$\left(v_{i},\omega _{i}\right)\left(1\leqslant i\leqslant 6\right)$集中在一条直线附近,设回归方程为$\omega =bv+a$
$\bar{v}=\dfrac{1}{6}\sum\limits_{i=1}^{6}{{v}_{i}}=4.1,\bar{\omega }=\dfrac{1}{6}\sum\limits_{i=1}^{6}{{\omega }_{i}}=3.05$
$\hat{b}=\dfrac{\sum\limits_{i=1}^{6}{({v}_{i}-\bar{v})}\cdot ({\omega }_{i}-\bar{\omega })}{\sum\limits_{i=1}^{6}{{({v}_{i}-\bar{v})}^{2}}}=\dfrac{\sum\limits_{i=1}^{6}{{v}_{i}}{\omega }_{i}-6\bar{v}\cdot \bar{\omega }}{\sum\limits_{i=1}^{6}{{v}_{i}^{2}}-6\bar{{v}}^{2}}=\dfrac{75.3-6×4.1×3.05}{101.4-6×4.1×4.1}=\dfrac{1}{2}$
所以$a=3.05-\dfrac{1}{2}×4.1=1$
故变量$\omega $关于$v$的回归方程为$\omega =\dfrac{1}{2}v+1$
又因为$v_{i}=\ln x_{i},\omega _{i}=\ln y_{i}$
所以$\ln y=\dfrac{1}{2}\ln x+1,y={\rm e}{x}^{\frac{1}{2}}$
综上,$y$关于$x$的回归方程为$y={\rm e}{x}^{\frac{1}{2}}$
$(2)$$T(x)=\dfrac{x+36}{y}=\dfrac{x+36}{{\rm e}{x}^{\frac{1}{2}}}=\dfrac{1}{{\rm e}}\left({x}^{\frac{1}{2}}+\dfrac{36}{{x}^{\frac{1}{2}}}\right)∈\left(\dfrac{85}{7{\rm e}},\dfrac{68}{5{\rm e}}\right)$
解得$\dfrac{85}{7}\lt {x}^{\frac{1}{2}}+\dfrac{36}{{x}^{\frac{1}{2}}}\lt \dfrac{68}{5}$
$\dfrac{85}{7}=7+\dfrac{36}{7},\dfrac{68}{5}=10+\dfrac{36}{10}$
所以$x=58$$68$$78$$88$$C$$D$$E$$F$为“主打套餐”.
则四人中使用“主打套餐”的人数$X$服从超几何分布,
又因为一共只有$6$种套餐,一家$4$口选择不同的套餐,
所以$X$的取值只能是$X=2$$3$$4$
$P\left(X=2\right)=\dfrac{{\rm C}_{2}^{2}\cdot {\rm C}_{4}^{2}}{{\rm C}_{6}^{4}}=\dfrac{2}{5},P\left(X=3\right)=\dfrac{{\rm C}_{2}^{1}\cdot {\rm C}_{4}^{3}}{{\rm C}_{6}^{4}}=\dfrac{8}{15},P\left(X=4\right)=\dfrac{{\rm C}_{2}^{0}\cdot {\rm C}_{4}^{4}}{{\rm C}_{6}^{4}}=\dfrac{1}{15}$
$X$分布列为:

$X$$2$$3$$4$
$P$$\dfrac{2}{5}$$\dfrac{8}{15}$$\dfrac{1}{15}$

$\therefore $期望$E(X)=2×\dfrac{2}{5}+3×\dfrac{8}{15}+4×\dfrac{1}{15}=\dfrac{8}{3}$.

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