统计决策母题:平均数相同比什么

两名选手平均成绩相同时,比稳定性——方差小者波动小。计算、图象与极差三种视角指向同一结论,体会「用数据做决策」。

中考经典题型 / 人教版八年级下册 共 3 种解法 · 覆盖 2 个学段

甲、乙两名射击手各射 5 枪(单位:环):甲 8,8,8,9,78,8,8,9,7;乙 10,6,10,6,810,6,10,6,8。(1) 分别求两人平均环数与方差;(2) 教练需要一名发挥稳定的选手参加常规赛,应选谁?说明理由。

答案:两人平均都是 88 环;甲方差 0.40.4、乙方差 3.23.2,甲更稳定,选甲参赛。

前置知识

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必备前置 学本页前须先掌握

适用前提与边界条件

  1. 会算算术平均数
  2. 理解「波动大小」的含义,知道方差是刻画波动的统计量

知识地图

一道题,3 条路。小学到初中的工具轮番上场,每一步都只是旧知识的新组合。

平均相同选谁去
小学 初中 高中 大学 折线图直观比较 统计图 · 折线图 平均数与方差计算 平均数 · 方差 极差与最差成绩辅… 极差 · 数据比较 贯穿的数学思想 统计思想 数形结合 分类讨论

解法① 折线图直观比较 小学

核心工具:统计图、折线图

把两人的成绩按枪序画成折线,并画一条 88 环的水平参考线。

甲的折线几乎贴着参考线小幅起伏;乙的折线上蹿下跳,两次冲到 10 环、又两次跌到 6 环。

不计算也能看出:甲离参考线近且稳定,乙波动大。「图象的起伏」正是方差要量化的东西。

点睛:方差是折线「抖不抖」的数值化——先看图再算数,两者互相印证。

体现思想:数形结合

解法② 平均数与方差计算 初中

核心工具:平均数、方差

甲的平均:xˉ甲=8+8+8+9+75=8\bar x_甲=\frac{8+8+8+9+7}{5}=8(环)。

甲的方差:s甲2=(8−8)2+(8−8)2+(8−8)2+(9−8)2+(7−8)25=0+0+0+1+15=0.4s^2_甲=\frac{(8-8)^2+(8-8)^2+(8-8)^2+(9-8)^2+(7-8)^2}{5}=\frac{0+0+0+1+1}{5}=0.4

乙的平均:xˉ乙=10+6+10+6+85=8\bar x_乙=\frac{10+6+10+6+8}{5}=8(环)。

乙的方差:s乙2=4+4+4+4+05=3.2s^2_乙=\frac{4+4+4+4+0}{5}=3.2

平均相同,s甲2<s乙2s^2_甲<s^2_乙,甲的波动小,发挥更稳定,选甲。

点睛:先比平均、平均相同再比方差——这是统计决策的标准两步。

体现思想:统计思想

解法③ 极差与最差成绩辅助判断 初中

核心工具:极差、数据比较

甲的极差 =9−7=2=9-7=2(环),乙的极差 =10−6=4=10-6=4(环),乙的波动范围是甲的两倍。

再看最差成绩:甲最差 7 环,乙有两次 6 环,比甲的最差还低。常规赛按总环数或稳定名次计,低分枪数多会拖累成绩。

综合极差与最差值,仍应选甲。

点睛:方差之外,极差和最差值是更朴素的波动指标——多指标互查,结论更可靠。

体现思想:统计思想、分类讨论

思想方法总结

七种解法看似不同,背后是同一套思想在反复起作用:

思想 出现在哪些解法 起什么作用
统计思想 平均数与方差计算、极差与最差成绩辅助判断 —
数形结合 折线图直观比较 —
分类讨论 极差与最差成绩辅助判断 —

生活应用

这类「条件最值」不是考试专属,生活中到处可见:

  • tong-ji-xian-jing

变式训练

  1. 若乙的 5 枪改为 10,10,10,2,8,平均仍是 8 环,方差变为多少?决策会变吗? (提示:偏差为 2,2,2,−6,0,方差 =48÷5=9.6=48\div 5=9.6,波动比原来更大,仍选甲。)
  2. 若教练要选人冲击「单场最高环数」的纪录,决策会怎么变? (提示:此时上限比稳定性重要:乙打出过 10 环而甲上限只有 9 环,可考虑乙——说明决策标准随目标改变。)

为什么值得学三种解法

这道题把「统计是用来做决策的」演得明明白白:平均数回答「水平大概多高」,方差回答「发挥稳不稳定」,两者合起来才能回答「选谁」。计算版给出严谨流程,图象版让波动看得见,极差版提供不依赖公式的快速判断。中考统计题几乎都长这样:给数据、算两个量、结合情境写结论——结论必须挂靠在指标上,指标必须挂靠在问题上。

几何图形0246810第1枪第2枪第3枪第4枪第5枪甲乙成绩波动对比(环)
甲贴近 8 环,乙在 6 与 10 环间波动,甲方差 0.4、乙方差 3.2。 绘图能力由 GeoFigure(www.geofigure.cn)提供

正例与反例

✅ 正例

  • 甲 5 枪 8,8,8,9,7 平均 8 环、方差 0.4;乙 10,6,10,6,8 平均 8 环、方差 3.2,甲发挥更稳。

❌ 反例

  • 「乙打出过 10 环,所以乙一定更强」错:单次最好成绩不代表整体水平,判断要看平均与波动,不能只看巅峰值。

高频误解与考试易错

  • 方差计算漏平方:先把每个偏差 (xi−xˉ)(x_i-\bar x) 平方,再取平均,不平方正负偏差会抵消
  • 「方差小就好」要看情境:常规任务选稳定者;若规则鼓励冲击高分,波动大者反而有机会,结论随目标而定
  • 数据太少结论不稳:5 枪的方差受偶然因素影响大,实际选拔要看更大样本的数据

常见问题

方差公式为什么要平方?
偏差有正有负,直接相加总为零,看不出波动;平方后所有偏差都变正数,平均值才能反映「离平均线平均有多远」。这也是为什么方差的单位是环数的平方,比较波动时只比大小不看单位。
平均数相同时还能比什么?
中位数、众数刻画典型水平,极差刻画最大波动;本题甲乙平均相同、中位数也相同(都是 8),方差与极差就成了关键区分。多角度综合,结论才站得住。
什么情况下反而选方差大的?
看赛制与目标:常规赛要稳定积分,选方差小的;若是需要冲击高分的「搏一把」场景(如必须打出高分才能晋级),波动大、上限高的人反而值得一试。统计服务于决策目标。
数据少能下结论吗?
要谨慎。5 个数据的方差偶然性大,本题结论在「数据如此」的前提下成立;教学与考题中通常会说明「假设两人水平稳定」,现实中应收集更多数据再决策。

依据与出处

  • 人教版(2024 审定)八年级下册 第二十四章《数据的分析》
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