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第三章 統 計
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目 錄 3-1 統計 3-2 資料整理與圖表編制 3-3 算術平均數、中位數、眾 3-4 標準差 3-5 信賴區間與信心水準的 解讀
目 錄 3-1 統計 3-2 資料整理與圖表編制 3-3 算術平均數、中位數、眾 數與百分等級 3-4 標準差 3-5 信賴區間與信心水準的 解讀
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3-1 3-1 統 計 抽 樣
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3-1.1 資料調查方法 即普遍調查,就是將特定範圍內全部的個體逐一加以調查。如戶口普查、工商普查等。 1.普查
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3-1.1 資料調查方法 (續) 即抽樣調查,就是將特定範圍內全部的個體,抽取部分個體加以調查。如電視收視率的調查、物價調查等。 2.抽查
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3-1.2 樣本及抽樣 母體是指從事研究工作者,探究某一事項具有共同特性的個體總稱。又可稱為群體或總體。而母體中任一部分個體即稱為該母體的樣本。
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 抽樣調查是指不能普查或不必要普查的情況下,以合理的方式,從母體中抽出一部分的個體作為樣本加以調查,進而表現樣本與母體的關係。抽樣方法可分為兩大類:
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 非 隨 機 抽 樣 依據主觀判斷標準,從母體中抽選出樣本為調查對象,常用在編製物價指數、民意調查等。此法出於主觀抽取樣本,各個體被選出之機會不一,無法用機率原理來估計誤差及可靠性。
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 是指全體中的每一個體,被抽中之機會均相等。又可分成下列幾種: (1) 簡單雖隨機抽樣法
是指全體中的每一個體,被抽中之機會均相等。又可分成下列幾種: (1) 簡單雖隨機抽樣法 此法是指從母體中抽出部分個體為樣本,每一個體被抽中的機率皆相等。
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 1.利用代替母體 將母體中之各個體編號寫在卡片上,然後隨機抽出一些卡片,以卡片的號碼為樣本。
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例題1 某班級有40位同學,該班導師擬找5位同學參加校慶會場佈置工作,試利用簡單隨機抽樣抽選5人。
製作1號到40號共40支籤,任抽5支,被抽到籤號的同學就是出公差的人。
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隨堂練習1 某校春節團拜時,家長會提供10份獎品給該校350位師長,試用簡單隨機抽樣抽取10名獲獎者。
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 2.利用隨機號碼表
將所有的個體編號,利用隨機號碼表(專家已編製好了,附錄二),依問題需要在隨機號碼表選取幾行或幾列,取與編定之號碼數相同的個體為樣本。
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例題2 利用所附的隨機號碼表(附錄二)第1、2大行,第一列開始,模擬同時投二個均勻硬幣十次的試驗。
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例題2 (續)
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例題2 (續)
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隨堂練習2 某班老師希望由全班40人中,按照同學的座號抽出4人,參加課文朗讀比賽,利用下列隨機號碼表,由第一列的第3、4小行,由上往下,可選出那5位同學? 選出座號為13、26、33、39四個人
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 (2) 分層抽樣法
此法是將母體所有的個體,按照某種標準分成若干類組,每一類組稱為層。從每一層中依一定比率用簡單隨機法抽取若干樣本,再將那些簡單隨機樣本混合為單一樣本,來估計母體之真正值。
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 (2) 分層抽樣法
分層抽樣的原則是使各層間的性質差異愈大愈好,而層內個體間的性質愈接近愈好。 如下圖所示:
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例題3 用分層抽樣抽取9位同學作為樣本,今分成三層,第一層170公分以上,第二層169~160公分,第三層為159公分以下,
(1)寫出各層,並依順序重新編號。 (2)各層抽取幾位?
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例題3 (續)
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例題3 (續)
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例題3 (續)
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例題3 (續)
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隨堂練習3 班級總共31人,用分層抽樣抽取6位同學作為樣本,今分成三層,第一層為80分以上,第二層為60~79分,第三層60分以下,問各層抽取幾位同學?
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隨堂練習3 (隨)
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 3.群落抽樣法 此法是將母體所有的個體,按照某種標準分成若干類組,每類組稱為一個群落,然後從這些群落中,隨機抽取若干群落,再將這些群落做全面性的調查。
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例題4
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例題4 (續) 採用群落抽樣,分成10個群落,以座號來分,第一群落是1,11,21,31,41,第二群落是2,12,22,32,42,第三群落是3,13,23,33,43,…,第十群落10,20,30,40, 50。則選第二和第八兩群落組成樣本,其樣本為何? 故現今選取第二及第八兩個群落的身高為 162,175,166,178,166,163,163,173,168,176做為樣本。
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隨堂練習4 依號碼1~6,7~12,13~18,19~24,25~30分成六組,試以一顆公正骰子擲兩次,決定選兩組作為樣本。假設第一次擲出6點,第二次擲出3點時,樣本為何?
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 4.系統抽樣法 此法是將母體中的每個個體依序編號或排列,經由隨機抽樣選取第一個樣本,以後每隔一定時間或距離取一調查樣本。如下圖所示:
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3-1.2 樣本及抽樣 (續) 隨 機 抽 樣 4.系統抽樣法 系統抽樣適用於隨機性母體、有序性母體,不適用於週期性母體。
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例題5 校方想了解新課程的高職數學教學效果,一年級學生共有1200名,將每一位學生編一號碼,由1至1200止,抽出100名學生作為研究樣本,如果採系統抽樣,由隨機號碼表第五列的第2、3行做為第1位被選出同學的號碼,應如何選出呢?
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例題5 (續)
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隨堂練習5 校方想了解新課程的高職數學教學效果,一年級學生共有1200名,將每一位學生編一號碼,由1至1200止,抽出100名學生作為研究樣本,如果採系統抽樣,由隨機號碼表第五列的第2、3行做為第1位被選出同學的號碼,應如何選出呢?
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隨堂練習5 (續)
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隨堂練習5 (續)
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3-2 3-2 資料整理與圖表編制
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3-2.1 資料整理的步驟 1.分類 任何資料皆有差異性存在,經由分類可以減少差異性。依據資料特性相同或近似的程度分門別類,是整理資料的第一步。茲以下表之資料為例:
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3-2.1 資料整理的步驟 (續) 2.歸類 將原始資料依其個別特性,歸入其應該屬於的類別中謂歸類。歸類後原始資料將由複雜趨向簡化。
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3-2.1 資料整理的步驟 (續)
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3-2.1 資料整理的步驟 (續) 分組數據含下限不含上限,則
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3-2.1 資料整理的步驟 (續) 3.列表 統計資料經歸類後,按照一定系統、次序及格式編成統計表。列表後的原始資料不僅簡單化,且系統化,以便統計分析與運用。
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3-2.1 資料整理的步驟 (續) 茲以下表之資料為例:
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3-2.1 資料整理的步驟 (續) 4.繪圖 將已編製好的統計表,以適當的圖形把表內的數字更簡單地明示出來,即為繪圖。茲將上表以分段直條圖為例:
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表 統計表是指統計資料經過分類整理後,利用適當的表格將資料予以簡化,藉以顯示群體所蘊涵的特性與規律。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表 統計圖為一種平面或立體的圖形,係利用點之多寡、圖條之長短、面積之大小或曲線之升降等,表示統計表內各項數字的大小程度、所占比例、變動情形及分佈狀況的一種方法。統計圖是依據統計表中的資料加以衡量取捨而繪製的。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) 1.編製次數分配圖表的步驟 (1)求全距:全距是所有資料中最大值減最小值所得之差數。
(2)求組數:組數是分組的數目,即將全部資料分為若干類,每一類組即稱為一組。求出全距之後,須決定將所有的數量資料分成若干組。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) (3)定組距:組距是每一組所包含的範圍,即每組最大值(上限)與最小值(下限)之差。若採用相等的組距分組,則組距=全距/組數。 (4)定組限:組限即指每組的最大值(上限)與每組的最小值(下限)。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) (5)歸類劃記:將每一原始資料在對應的組內填記一劃,五劃為一小束(記成或一正字),以便計算統計。
(6)計算次數:歸類劃記工作完成後,計算各組的次數,並將其結果以阿拉伯數字記載於整理表中的次數欄內,同時再將各組的次數相加,其總和應與原始資料之個數相符。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) (7)整理成統計表:把上面結果,作成統計表。
(8)作次數直方圖及次數分配曲線圖:將次數分配之組界依序標在橫軸以組距為底邊,次數依序標在縱軸為高,在每組組距上依次數不同劃出矩形而完成次數直方圖。
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例題1 試將這些資料編製次數分配表,並作直方圖及次數分配曲線。
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例題1 (續)
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例題1 (續)
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例題1 (續)
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例題1 (續)
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隨堂練習1 下表為某班學生45人的數學成績,將0~100分成十組,組距10分,試作次數分配表,並以直方圖及次數分配圖表示之。
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隨堂練習1 (續) 因最高分數為82,最低分數為14,故全距為 82-14=68分
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隨堂練習1 (續)
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) 2.累積次數分配圖表 (1)以下累積分配表:就從小而大的組別而言,將次數分配表內各組的次數。
(2)以上累積分配表:若將各組的次數,改成由下而上順次累加,則所得的表稱為「以上累積次數分配表」。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續)
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) 累積次數分配曲線之繪法: 1.以下累積次數曲線圖的作法: (1)以各組上限為橫軸坐標。
(2)各組對應的以下累積次數為縱坐標。 (3)在圖上定出各點的位置,再連接各點,即得「以下累積次數曲線圖」。
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3-2.2 連鎖型資料之統計圖表(續) 2.以上累積次數曲線圖的作法: (1)以各組下限為橫軸坐標。 (2)各組對應的以上累積次數為縱坐標。
(3)在圖上定出各點的位置,再連接各點,即得「以上累積次數曲線圖」。
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例題2
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例題2 (續)
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例題2 (續) 令最小一組之下限為150(比最小152略小),則分為150~154;154~158;158~162;162~166;166~170;170~174;174~178;178~182;182~186。共分成9組。因組距為4公分,比預定組數增加,才能涵蓋所有資料。
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例題2 (續)
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例題2 (續)
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例題2 (續)
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隨堂練習2
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隨堂練習2 (續)
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隨堂練習2 (續)
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隨堂練習2 (續)
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隨堂練習2 (續)
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離散型資料的圖表 離散型的統計表內,資料依時間先後排列者或依性質不同而排列者,為非連續性的數列,即每一個體自成一單位,無法細分之統計資料,稱為離散型資料。離散型資料圖有長條圖、折線圖及圓面積圖。
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離散型資料的圖表 (續) 1.長條圖 長條圖因繪法簡單,且一般人均容易看得懂,故應用甚廣。繪製時軸上應標明尺度,尺度應以零為起點。以條形長短來表示資料數量大小,條形之寬度視圖面佈局決定應有相等之寬度。
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離散型資料的圖表 (續) 2.折線圖 是以直線的斜度或升降來表示統計事物變動狀況的圖形。在橫軸表時間,縱軸表統計量,可以表示出統計事物的發展趨勢及預測未來。
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離散型資料的圖表 (續) 3.圓面積圖 將一圓面分成以圓心為頂點的若干扇形,以扇形面積代表各項資料數量或各項目對全體的百分比。其步驟為: (1) 先計算各項目佔全體之百分比。 (2) 以此百分比乘圓周角360°, 得到對應扇形之度數。
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3-2.3 離散型資料的圖表 (續) (3) 自圓周正上方順時針方向,利用分角 器量出各項目的分界點,再由圓心引 直線至各分界點。
離散型資料的圖表 (續) (3) 自圓周正上方順時針方向,利用分角 器量出各項目的分界點,再由圓心引 直線至各分界點。 (4) 各扇形應以不同的條紋或色彩,以資 區別。 (5) 將各項目的名稱及百分比或數量分別 註明。
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例題3 某鎮的人口資料如下:試根據此資料繪製其長條圖與折線圖。
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例題3 (續)
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例題3(續)
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隨堂練習3 A、B兩位模範生候選人在各班級得票的情形如圖所示,問A、B兩人各得多少票數?
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隨堂練習3 (續)
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例題4 某甲每天作息時間分配如下:上課7小時,吃飯2小時,睡眠8小時,自修4小時,運動2小時,自由活動1小時。試將他的作息時間分配繪成圓面積圖。
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例題4 (續)
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隨堂練習4
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隨堂練習4 (續)
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3-3 3-3 算術平均數、中位數、 眾數與百分等級
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算術平均數 1.定義
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算術平均數 (續) 2.算數平均數的計算方法 算術平均數之計算可分成未分組資料及分組次數表二種來討論。
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算術平均數 (續) (1) 未分組資料
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算術平均數 (續)
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算術平均數 (續) 為了計算工作更為簡便起見,通常是採用次數較多,且位近中央一組的組中點作為假設平均數,如此可使各組之組中點與假設平均數之差縮小。作為假設平均數之組中點,一般均頗為接近真正的平均數,故該組之組中點稱為假設平均數。
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算術平均數 (續)
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例題1 某校總務處職員有8人,這8人的年齡為 29,24,30,40,43,35,32,38 求 (1)用普通法計算平均年齡。
(2)用簡捷法計算平均年齡。
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例題1 (續)
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例題1 (續)
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隨堂練習1 10位同學之身高為181,158,161,165,169,165,172,167,181,168
求(1)用普通法計算平均身高。 (2)用簡捷法計算平均身高。
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隨堂練習1 (續)
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算術平均數 (續) (2) 已分組資料
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算術平均數 (續)
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算術平均數 (續)
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算術平均數 (續)
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例題2 某校某班50位學生第一次段考的英文成績 之次數分配表如下: 分別用 (1)普通法 (2)簡捷法,求出全班之 平均成績
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例題2 (續)
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例題2 (續)
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隨堂練習2
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隨堂練習2 (續) 假設平均數 A =75
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隨堂練習2 (續)
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前述之算術平均數是將各數值的重要程度視為相等,稱為簡單算術平均數,即未經加權。事實上,許多現象的數值常有不同的重要性,則須求加權算術平均數。
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例題3 小明第一學期成績如下,請用算術平均數及加權算術平均數求其學期平均成績。
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例題3 (續)
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例題3 (續)
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例題3 (續)
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隨堂練習3 某生在第二次段考考試成績如下,求該生第二次月考的加權算術平均數。
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隨堂練習3 (續)
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3-3.2 中位數 將資料由小到大排列 (1)資料值為奇數項時,中位數為此資料之 中間值。 (2)資料值為偶數項時,中位數為此資料之
中位數 將資料由小到大排列 (1)資料值為奇數項時,中位數為此資料之 中間值。 (2)資料值為偶數項時,中位數為此資料之 中間兩個數值的平均數。
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中位數(續) 由未分組資料求中位數
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例題4 (1)某次小考,9位同學數學成績分別為10,15,18,95,35,100,57,60,78,求其中位數。
(2)一組試驗所得的資料為78,85,51,73,100,87,12,69,81,52,71,62,求其中位數。
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例題4 (續)
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隨堂練習4 (1)一組數字如下:38,6,9,43, 17,11,25,100,20,求其中位數。 (2)十位同學的英文成績如下:64,
59,85,76,64,70,79,50, 74,81,求其中位數。
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隨堂練習4 (續)
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例題5
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隨堂練習5
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3-3.3 眾數 一群數值中,出現次數最多的一個數值,即為此群數值之眾數(Mode)。以 Mo 表示,它可作為這群數值之代表值。
眾數 一群數值中,出現次數最多的一個數值,即為此群數值之眾數(Mode)。以 Mo 表示,它可作為這群數值之代表值。 求眾數的方法: 未分組資料求眾數 從資料中直接找出出現次數最多之數值便是眾數。如有一組資料為1,2,2,2,3,4,5,5,5,6時,眾數為2與5。由此例知一組資料中的眾數不是唯一。
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例題6 求1,2,3,3,3,4,5,5,6之眾數。 3出現次數為最多,所以眾數為3。
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隨堂練習6 求1,2,2,3,4,5,5,5,6之眾數。
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例題7 假設某機構經理級人員的年齡分別如下: 求眾數。 3出現次數為最多,所以眾數為3。
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隨堂練習7 某縣的縣長選舉在各鄉鎮得票數及有相同票數的鄉鎮數如下: 求眾數。 得票數為1萬8千張票的鄉鎮數為最多,眾數為5
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百分等級 百分等級(Percentile Rank, 簡稱 PR 值):係指原始分數,低於某個分數的人數之百分比,且只取整數值。百分等級是應用最廣的測驗分數表示方法,也就是分數高過多少分比的人數。而百分等級即為排名序列之間的一個範圍,旨在比較該範圍相對於全體資料的大小。
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例題8 某次考試,參與該考試的考生有30000人,今將全部考生分成100組,則一組需要300人,將30000位考生依照分數由高至低來排列所得的名次,依次分成100組,可得一分組表如下: 假設某一位考生的 PR 值=63,則該考生名次為多少?
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例題8 (續)
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隨堂練習8
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3-4 3-4 標 準 差
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衡量母體內個體彼此間之差異情形的量數,稱為差量。上節所述平均數用來代表母體之中央趨勢,本節差量用來表示母體內個體彼此分散情形,藉以衡量平均數之可靠程度。
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標準差在統計上最常使用做為統計資料分佈程度的測量,即樣本的離散程度。樣本標準差為樣本變異數的非負之平方根。
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求樣本標準差方法
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求樣本標準差方法 (續)
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3-4.1 求樣本標準差方法 (續) 未分組資料求標準差
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3-4.1 求樣本標準差方法 (續)
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3-4.1 求樣本標準差方法 (續)
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例題1 高二甲班有學生50人,依隨機抽樣方法得班上六位同學的段考數學科成績如下:68,80,80,86,80,86,求樣本標準差 S(以根號形式表示)。
145
例題1 (續)
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隨堂練習1 設由1至10的十個自然數中,由系統抽樣抽出2,4,6,8,10,求樣本標準差 S。
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3-4.1 求樣本標準差方法 (續) 已分組資料求樣本標準差
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3-4.1 求樣本標準差方法 (續)
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例題2 隨機抽樣某吉他社團的20位社員,每月花在娛樂方面的費用如下表: 求樣本標準差 S。
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例題2 (續)
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隨堂練習2 同時擲兩顆公正骰子500次,依隨機抽樣方法得所出現點數和之資料如下表所示:
152
例題3 某校高一有24班,隨機抽樣某班的英文科月考成績分佈表如下: 求樣本標準差 S。
153
例題3 (續)
154
例題3 (續)
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隨堂練習3 隨機抽樣超商20名員工的每日工資分配表如下: 求樣本標準差 S。
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隨堂練習3 (續)
157
隨堂練習3 (續)
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例題4
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例題4 (續)
160
隨堂練習4
161
隨堂練習4 (續)
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3-5 3-5 信賴區間與 信心水準的解讀
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常態分配
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常態分配 (續)
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常態分配 (續)
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常態分配 (續)
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常態分配 (續) 資料標準化方法是將原來資料的分數變成 Z 分數,一種標準常態分配之分數。原來的分數在轉變成 Z 分數後,原來的平均數會成為0,原來的標準差則成為1。
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常態分配 (續)
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例題1 某校高一日夜間部合計約3,000位學生,今按系統抽樣抽出1000位學生,統計月考成績呈常態分配,平均分數70分,樣本標準差10分,則這次統計月考成績不及格的人有多少?
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例題1 (續)
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隨堂練習1
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信賴區間與信心水準 信賴區間又稱抽樣誤差,或稱為誤差容忍度。一般在媒體或學術論文中,都是以正負數值表示。民調中常有抽樣誤差在正負3個百分點以內之語。因為是由樣本推估母體,勢必有誤差,研究者可以容忍多大的誤差,就是所謂的信賴區間。
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信賴區間與信心水準 (續) 信心水準是以百分比來表示,意思是有多大的信心,可以用樣本來推估母體。通常設定在95%或99%。以95%的信心水準來說,有100人去做一件事情,大概有95人做出來的結果和這份民調的調查單位做的差不多;或者是同樣事情做100次,大概有95次是和這一次做的差不多,這是信心水準。
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例題2
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例題2 (續)
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例題2 (續)
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隨堂練習2 TVBS關於國營事業正名的民調。 訪問時間:96年2月8日晚間18:30~22:00。
調查方法:電話後四碼電腦隨機抽樣,人員電 話訪問。 有效樣本:975位全省20歲以上民眾。 抽樣誤差:95%的信心水準下,抽樣誤差為正負3.1個百分點。 調查結果:55%民眾不贊成,21%贊成,24%沒有意見。 試求這份民間贊成國營事業正名的信賴區間。
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隨堂練習2 (續)
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續)
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續)
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續)
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續)
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續) 大樣本,P之信賴區間
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3-5.3 民調信賴區間信心水準的解讀(續) 大樣本,P之信賴區間
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例題3 蓋洛普民調於2006年9月9日公佈民調結果顯示,有51%的美國民眾認為伊拉克戰爭情勢是總統和國會最應優先處理的議題,抽樣方法是在全國以電話抽樣訪問1001位,十八歲以上成年公民,並且在百分之95%的信心水準下,抽樣誤差正負三個百分點。試問正負三個百分點是如何算出的?
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例題3 (續) 51%是由1001位受訪者中 100 × 0.51=510位認為伊拉克戰爭情勢是應優先處理的。
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例題3 (續)
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隨堂練習3 遠見雜誌民意調查中心在2007年1月2日至5日晚上18:20至22:00進行,以隨機跳號抽樣及電腦輔助電話訪問方式,訪問685位臺灣地區30歲以上目前有工作的上班族。在95%信心水準下,有48.2%的上班族期待退休,抽樣誤差值為正負3.7個百分點。試求抽樣誤差是如何算出的?
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隨堂練習3 (續)
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以民調為例,解讀甚麼叫做95%的信心水準?一則民調「2006年2月6日至7日晚間18:30-22:00進行電話訪問,成功訪問了1136位臺灣地區20歲以上的民眾。在95%的信心水準下,有四成四民眾滿意春節期間的交通運輸狀況,抽樣誤差在正負2.9個百分點」而該調查是以臺灣地區電話後四碼,電腦隨機抽樣。
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信賴區間
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例題4 從台北市隨機抽取500人,詢問是否贊成彈性放假,結果有312人贊成。試求台北市贊成彈性放假的比率 的95%信賴區間。
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例題4 (續)
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隨堂練習4 臺灣自美國引入愛國者飛彈數百顆,今在一次實彈演習中,40顆愛國者型飛彈成功攔截了28顆的地對地飛彈。試求成功攔截機率的95%信賴區間。
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例題5 一家化粧品公司在其競爭對手出現後,欲了解其在市場佔有率的變化情形,乃決定進行市場調查。若該化粧品希望樣本比例與母體比例之差不超過2%,且有95%的信心水準,則應選取多大的樣本?
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例題5
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統計學 統計學除了運用前述的方式,求出所需的數據、圖表外,現有更易求出相關數據的電腦軟體出現。統計軟體有SAS(Strategic Applications System)和SPSS(Statistical Package for Social Science)兩種較知名,也是大型公司、研究機關、醫院或政府機構所採用的。
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SAS & SPSS SAS是一套專門用來建立策略性應用系統的工具,難度較高,另一個SPSS是套裝型式的軟體,較為簡易,適合用來作為問卷分析。
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R語言環境 最近有一套專為統計運算及繪圖的語言及環境的軟體,稱為R語言環境。在R語言之前還有S-plus語言,它是最有用的資料分析套裝產品之一,只要在S-plus中開啟Excel上作表,選擇我們想要分析的資料,就可以立即得到資料的繪圖處理。而且繪圖具備2D和3D兩種選擇。
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End
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