Chương V. Các số đặc trưng của mẫu số liệu không ghép nhóm
Sách bài tập Toán 10 — Kết nối tri thức, tập 1 · 6 bài tập, mỗi câu ít nhất 2 cách giải.
Bài 1 · 5.7★Trang 76— Tính số trung bình của mẫu số liệu
Bài 5.7 (trang 76). Để ước lượng xem trung bình cần thực hiện bao nhiêu lần gieo xúc xắc để xuất hiện mặt 6 chấm, một nhóm học sinh đã gieo xúc xắc và đếm số lần thực hiện cho đến khi xuất hiện mặt 6 chấm cho kết quả như sau:
8 5 7 10 4 6 7 5 7 6 4 5 5 7 6 5 4 2
Tính số lần gieo trung bình để xuất hiện mặt 6 chấm.
Kiến thức cần nhớ- Số trung bình: x=nx1+x2+…+xn; với bảng tần số: x=nm1x1+…+mkxk.
🧠 Phân tích tư duyHỏi "số lần gieo trung bình" nên tính thẳng số trung bình của 18 giá trị. Các giá trị lặp lại nhiều (nhiều số 5, 7) nên gom thành bảng tần số hoặc chọn số gốc 5 sẽ cộng nhanh hơn. Bẫy: đếm sai số giá trị n.
1Cách 1. Cộng trực tiếp
Định hướng. Đếm n=18, cộng tất cả rồi chia.
n=18
8+5+7+10+4+6+7+5+7+6+4+5+5+7+6+5+4+2=103
x=18103≈5,72
Vậy trung bình cần khoảng 5,72 lần gieo thì xuất hiện mặt 6 chấm.
2Cách 2. Bảng tần số
Định hướng. Gom các giá trị giống nhau.
Giá trị 2;4;5;6;7;8;10 có tần số 1;3;5;3;4;1;1 (n=18)
x=182⋅1+4⋅3+5⋅5+6⋅3+7⋅4+8⋅1+10⋅1=18103≈5,72
Vậy x≈5,72 lần.
3Cách 3. Số gốc 5
Định hướng. Đặt x=5+d; các độ lệch nhỏ, cộng nhẩm.
∑d=(−3)⋅1+(−1)⋅3+0⋅5+1⋅3+2⋅4+3⋅1+5⋅1=13
x=5+1813≈5+0,72=5,72
Vậy x≈5,72 lần.
Nhận xét. Kết quả thực nghiệm 5,72 khá gần con số lí thuyết 6 (mỗi lần gieo có xác suất 1/6 ra mặt 6 chấm); gieo càng nhiều lượt thì số trung bình càng gần 6.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 2: bảng tần số giúp kiểm tra ngay tổng tần số bằng 18 và tránh cộng sót.
Đáp số. x=18103≈5,72 (lần).
Sai lầm thường gặp. Đếm thiếu một giá trị rồi chia cho 17: 17103≈6,06 — sai; mẫu có đúng 18 giá trị.
🚀 Mở rộng. Nếu nhóm gieo thêm một lượt mà phải tới lần thứ 20 mới ra mặt 6 thì trung bình tăng thành 123 : 19 ≈ 6,47 — một lượt "xui" kéo trung bình lên khá mạnh.
Bài 2 · 5.8★★Trang 76— Tìm giá trị chưa biết để số trung bình đạt ngưỡng
Bài 5.8 (trang 76). Tại một lớp học chứng chỉ Tin học, nếu mức độ hoàn thành trung bình 5 bài kiểm tra của học viên lớn hơn hoặc bằng 85% thì học viên sẽ được giảm 30% học phí. An đã làm 4 bài kiểm tra với kết quả là 94%, 82%, 78%, 80%. Hỏi bài cuối cùng An cần đạt được ít nhất bao nhiêu phần trăm để được giảm 30% học phí?
Kiến thức cần nhớ- Số trung bình: x=nx1+x2+…+xn; với bảng tần số: x=nm1x1+…+mkxk.
- x≥a⇔x1+x2+…+xn≥na.
🧠 Phân tích tư duyĐiều kiện đặt lên số trung bình của 5 bài, trong đó một bài chưa biết: đặt ẩn x và lập bất phương trình x≥85. Có thể đổi sang điều kiện về tổng hoặc về độ lệch so với 85 cho gọn. Bẫy: lấy trung bình 4 bài rồi so với 85 mà quên bài thứ năm.
1Cách 1. Lập bất phương trình
Định hướng. Gọi x (%) là kết quả bài cuối (0≤x≤100).
594+82+78+80+x≥85
⇔334+x≥425
⇔x≥91
Vậy bài cuối An cần đạt ít nhất 91%.
2Cách 2. Tính tổng cần đạt
Định hướng. Trung bình 5 bài đạt 85% nghĩa là tổng 5 bài đạt ít nhất 5⋅85=425.
Tổng cần: 5⋅85=425
Tổng đã có: 94+82+78+80=334
Còn thiếu: 425−334=91
Vậy bài cuối cần ít nhất 91%.
3Cách 3. Cân bằng độ lệch so với 85
Định hướng. Trung bình bằng 85 khi tổng các độ lệch so với 85 bằng 0; bài cuối phải bù phần thiếu.
Độ lệch 4 bài: +9; −3; −7; −5
Tổng: 9−3−7−5=−6
Bài cuối cần lệch ít nhất +6: x≥85+6=91
Vậy An cần ít nhất 91% ở bài cuối.
Nhận xét. Cách độ lệch cho thấy ngay "An đang hụt 6 điểm phần trăm so với chuẩn", một con số dễ hình dung hơn tổng 334.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 3: chỉ cộng các số nhỏ 9, −3, −7, −5 là ra ngay 91, gần như không thể sai.
Đáp số. Bài cuối An cần đạt ít nhất 91%.
Sai lầm thường gặp. Tính trung bình 4 bài =83,5 rồi cho rằng bài cuối chỉ cần 85+1,5=86,5 — sai, vì phần hụt 1,5 của mỗi bài trong 4 bài cộng lại là 6, không phải 1,5.
🚀 Mở rộng. Tổng quát: đã có k bài với trung bình m, muốn trung bình n bài đạt a thì mỗi bài còn lại cần trung bình ít nhất (na − km) : (n − k); ở đây (425 − 334) : 1 = 91.
Bài 3 · 5.9★★Trang 77— Số trung bình, trung vị khi có giá trị bất thường
Bài 5.9 (trang 77). Tổng số ca mắc Covid-19 tính đến ngày 26 – 8 – 2021 tại Thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh lân cận được thống kê như sau:
190 174 81 182 19 728 19 048 8 155 6 103 5 807
4 544 3 760 3 297 2 541 2 000 1 934 1 602 1 195.
(Theo Bộ Y tế)
a) Tính số trung bình và trung vị cho dãy số liệu trên.
b) Giải thích tại sao số trung bình và trung vị lại khác nhau nhiều?
Kiến thức cần nhớ- Số trung bình: x=nx1+x2+…+xn; với bảng tần số: x=nm1x1+…+mkxk.
- Trung vị: sắp xếp không giảm; n lẻ lấy giá trị chính giữa, n chẵn lấy trung bình cộng hai giá trị chính giữa. Trung vị không bị ảnh hưởng bởi giá trị bất thường.
🧠 Phân tích tư duyCó 15 giá trị (lẻ) nên trung vị là giá trị thứ 8 sau khi sắp xếp; dãy đã cho vốn xếp giảm dần nên chỉ cần đọc số thứ 8. Hai giá trị 190174 và 81182 lớn vượt trội, đoán trước số trung bình sẽ lớn hơn trung vị rất nhiều. Bẫy: cộng 15 số năm, sáu chữ số dễ sai — nên cộng theo nhóm.
1Cách 1. Tính trực tiếp
Định hướng. Cộng 15 giá trị chia 15; dãy đã xếp giảm dần nên trung vị là số đứng thứ 8.
n=15
x=15190174+81182+…+1602+1195=15351070≈23404,67
Sắp xếp tăng dần: 1195; 1602; 1934; 2000; 2541; 3297; 3760; 4544; 5807; …; 190174
Me=x8=4544
Vậy a) x≈23404,67 ca, Me=4544 ca; b) khác nhau nhiều vì có giá trị bất thường rất lớn (190174 của TP. Hồ Chí Minh, 81182) kéo số trung bình lên, còn trung vị không bị ảnh hưởng.
2Cách 2. Cộng theo nhóm và tách giá trị bất thường
Định hướng. Tách hai giá trị lớn nhất ra, cộng phần còn lại theo nhóm, rồi xem riêng hai giá trị đó đóng góp bao nhiêu vào trung bình.
Hai giá trị lớn: 190174+81182=271356
13 giá trị còn lại: (19728+19048)+(8155+6103+5807)+(4544+3760+3297)+(2541+2000+1934+1602+1195)
=38776+20065+11601+9272=79714
x=15271356+79714=15351070≈23404,67; Me=4544
Riêng hai giá trị lớn chiếm 351070271356≈77,3% tổng
Vậy x≈23404,67, Me=4544; số trung bình lớn gấp hơn 5 lần trung vị vì hai địa phương có số ca rất lớn chiếm tới 77% tổng số ca.
3Cách 3. Bỏ thử giá trị bất thường
Định hướng. So sánh các số đặc trưng khi bỏ giá trị lớn nhất để thấy số nào bị ảnh hưởng.
Đủ 15 giá trị: x≈23404,67; Me=4544
Bỏ 190174: x′=14160896≈11492,57; Me′=23760+4544=4152
Vậy a) x≈23404,67; Me=4544. b) Một giá trị bất thường làm số trung bình thay đổi gấp đôi, trung vị gần như không đổi — đó là lí do hai số khác nhau nhiều.
Nhận xét. Với số liệu dịch bệnh theo địa phương, trung vị 4 544 ca mô tả "địa phương điển hình" đúng hơn nhiều so với số trung bình.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1 cho câu a) (bấm máy phần tổng), và lấy lí lẽ Cách 2 ("hai giá trị chiếm 77% tổng") cho câu b) — thuyết phục nhất.
Đáp số. a) x=15351070≈23404,67 (ca); Me=4544 (ca). b) Mẫu có giá trị bất thường rất lớn (190174, 81182) kéo số trung bình lên; trung vị không bị ảnh hưởng nên hai số chênh nhau nhiều.
Sai lầm thường gặp. Lấy trung bình của hai giá trị giữa 24544+3760 làm trung vị — sai, vì n=15 lẻ, trung vị là đúng một giá trị thứ 8.
🚀 Mở rộng. Có thể dùng thêm tứ phân vị: Q₁ = 2 000, Q₃ = 19 048 — ba phần tư số địa phương có dưới 19 048 ca, trong khi số trung bình còn vượt cả Q₃.
Bài 4 · 5.10★Trang 77— Tìm mốt và nêu ý nghĩa
Bài 5.10 (trang 77). Lan thống kê số anh, chị, em ruột của các bạn trong lớp thu được bảng số liệu sau:
| Số anh, chị, em ruột | 0 | 1 | 2 | 3 |
| Số bạn | 4 | 25 | 5 | 1 |
Xác định mốt cho mẫu số liệu trên và giải thích ý nghĩa.
Kiến thức cần nhớ- Mốt là giá trị có tần số lớn nhất; dùng khi mẫu có nhiều giá trị trùng nhau.
🧠 Phân tích tư duyHỏi "mốt" trong bảng tần số: chỉ cần tìm cột có tần số lớn nhất. Phần ý nghĩa phải nói về số con trong gia đình: bạn có 1 anh, chị, em ruột tức là gia đình có 2 con. Bẫy: nhầm mốt là tần số 25 thay vì giá trị 1.
1Cách 1. Đọc tần số lớn nhất
Định hướng. So sánh các tần số trong hàng "Số bạn".
Tần số: 4; 25; 5; 1
max=25, ứng với giá trị 1
Mo=1
Vậy mốt là 1: nhiều bạn nhất trong lớp có đúng 1 anh, chị hoặc em ruột, tức là gia đình 2 con phổ biến nhất.
2Cách 2. Tính tỉ lệ phần trăm
Định hướng. Tính tỉ lệ số bạn ứng với mỗi giá trị để thấy mốt chiếm ưu thế đến đâu.
n=4+25+5+1=35
Tỉ lệ: 354≈11,4%; 3525≈71,4%; 355≈14,3%; 351≈2,9%
71,4% lớn nhất: Mo=1
Vậy Mo=1; khoảng 71% số bạn trong lớp có đúng một anh, chị hoặc em ruột (gia đình hai con).
3Cách 3. Đối chiếu với trung vị và số trung bình
Định hướng. Tính thêm trung vị, số trung bình để xem mốt có đại diện tốt không.
n=35 lẻ: Me=x18; tích luỹ 4;29;34;35, vị trí 18≤29: Me=1
x=350⋅4+1⋅25+2⋅5+3⋅1=3538≈1,09
Mo=1=Me≈x
Vậy Mo=1, và cả ba số đặc trưng đều quanh 1: đa số các bạn trong lớp thuộc gia đình có hai con.
Nhận xét. Số anh, chị, em là số nguyên, nhiều giá trị trùng nhau: mốt là số đặc trưng dễ hiểu nhất ("phổ biến nhất"), còn số trung bình 1,09 không phải số người thực tế.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1, thêm một câu tỉ lệ 25/35 ≈ 71% (Cách 2) để phần ý nghĩa có sức nặng.
Đáp số. Mo=1. Ý nghĩa: phần lớn các bạn trong lớp (25/35≈71%) có đúng một anh, chị hoặc em ruột, tức là gia đình có hai con là phổ biến nhất.
Sai lầm thường gặp. Ghi "mốt là 25" — sai, 25 là tần số; mốt là giá trị 1. Cũng sai khi diễn giải "gia đình một con là nhiều nhất": bạn có 1 anh, chị, em ruột thì gia đình có 2 con.
🚀 Mở rộng. Nếu lớp có thêm 21 bạn là con một thì giá trị 0 và 1 cùng có tần số 25: mẫu có hai mốt là 0 và 1.
Bài 5 · 5.11★★Trang 77— Tứ phân vị và vị trí của một giá trị trong mẫu
Bài 5.11 (trang 77). Thống kê GDP năm 2020 (đơn vị: tỉ đô la Mỹ) của 10 nước tại khu vực Đông Nam Á được kết quả như sau:
| Brunei | Campuchia | Indonesia | Lào | Malaysia |
| 12,02 | 25,95 | 1 059,64 | 19,08 | 338,28 |
| Myanmar | Philippines | Singapore | Thái Lan | Việt Nam |
| 81,26 | 362,24 | 339,98 | 501,89 | 340,82 |
(Theo statista.com)
a) Tìm các tứ phân vị cho dãy số liệu trên.
b) Giải thích ý nghĩa của các tứ phân vị này. Việt Nam có thuộc nhóm 25% quốc gia có GDP năm 2020 cao nhất trong khu vực Đông Nam Á không?
Kiến thức cần nhớ- Tứ phân vị: Q2 = trung vị; Q1, Q3 là trung vị của nửa trái, nửa phải Q2 (không tính Q2 khi n lẻ); Q1,Q2,Q3 chia mẫu thành bốn phần, mỗi phần khoảng 25%.
🧠 Phân tích tư duyn=10 chẵn: Q2 là trung bình giá trị thứ 5, 6; mỗi nửa có 5 giá trị nên Q1=x3, Q3=x8. Câu hỏi "nhóm 25% cao nhất" chính là so sánh GDP Việt Nam với Q3, không phải với Q2. Bẫy: các số 338,28; 339,98; 340,82 rất sát nhau, dễ xếp nhầm thứ tự.
1Cách 1. Sắp xếp và áp dụng quy tắc
Định hướng. Sắp xếp 10 giá trị tăng dần rồi tìm Q₂, Q₁, Q₃.
12,02; 19,08; 25,95; 81,26; 338,28; 339,98; 340,82; 362,24; 501,89; 1059,64
Q2=2338,28+339,98=339,13
Nửa trái 12,02;19,08;25,95;81,26;338,28: Q1=25,95
Nửa phải 339,98;340,82;362,24;501,89;1059,64: Q3=362,24
Việt Nam: 339,13<340,82<362,24=Q3
Vậy a) Q1=25,95; Q2=339,13; Q3=362,24. b) Khoảng 25% số nước có GDP dưới 25,95 tỉ USD, một nửa dưới 339,13 tỉ USD, 75% dưới 362,24 tỉ USD; GDP Việt Nam nhỏ hơn Q3 nên Việt Nam không thuộc nhóm 25% nước có GDP cao nhất.
2Cách 2. Xếp hạng theo vị trí
Định hướng. Với n=10: Q1 ở vị trí 3, Q3 ở vị trí 8, Q2 giữa vị trí 5 và 6; chỉ cần xếp hạng rồi đọc.
Hạng (tăng dần): Brunei 1, Lào 2, Campuchia 3, Myanmar 4, Malaysia 5, Singapore 6, Việt Nam 7, Philippines 8, Thái Lan 9, Indonesia 10
Q1=x3=25,95 (Campuchia); Q3=x8=362,24 (Philippines)
Q2=2x5+x6=339,13
Nhóm trên Q3: Thái Lan, Indonesia; Việt Nam hạng 7 (thứ 4 từ trên xuống)
Vậy Q1=25,95; Q2=339,13; Q3=362,24; Việt Nam đứng thứ 4 về GDP nhưng không thuộc nhóm 25% cao nhất (chỉ gồm các nước có GDP lớn hơn Q3: Thái Lan, Indonesia).
3Cách 3. Máy tính cầm tay (kiểm tra)
Định hướng. Máy tính cầm tay (fx-580VN X): MENU 6 (Thống kê) → 1 (1-Variable), nhập 10 giá trị, bấm OPTN → 1-Variable Calc.
Q1=25,95; Med=339,13; Q3=362,24
340,82<362,24
Vậy kết quả trùng Cách 1; Việt Nam không thuộc nhóm 25% nước có GDP cao nhất.
Nhận xét. Q₂ − Q₁ ≈ 313 trong khi Q₃ − Q₂ ≈ 23: bốn nước giữa bảng (Malaysia, Singapore, Việt Nam, Philippines) có GDP rất sát nhau, còn nửa dưới trải rất rộng.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1 và ghi rõ phép so sánh 340,82 với Q₃ = 362,24 — đó là mấu chốt của câu b).
Đáp số. a) Q1=25,95; Q2=339,13; Q3=362,24 (tỉ USD). b) Ba tứ phân vị chia 10 nước thành bốn nhóm, mỗi nhóm khoảng 25%; GDP Việt Nam 340,82<Q3 nên Việt Nam không thuộc nhóm 25% nước có GDP cao nhất.
Sai lầm thường gặp. So sánh với Q2: thấy 340,82>339,13 rồi kết luận Việt Nam "thuộc nhóm cao" — sai, Q2 chỉ cho biết Việt Nam thuộc nửa trên; nhóm 25% cao nhất phải vượt Q3.
🚀 Mở rộng. Tính thêm số trung bình ≈ 308,12 tỉ USD: nhỏ hơn cả Q₂ dù Indonesia rất lớn, vì nửa dưới gồm các nền kinh tế rất nhỏ — ví dụ hiếm gặp số trung bình và trung vị lệch theo hướng này.
Bài 6 · 5.12★★Trang 77— Số trung bình, trung vị và ý nghĩa
Bài 5.12 (trang 77). Diện tích của các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long năm 2022 (đơn vị: nghìn km²) là:
1,44 3,54 2,67 2,39 4,49 5,29 3,31
1,62 2,36 3,38 1,53 6,35 2,51.
a) Tính số trung bình, trung vị cho dãy số liệu trên.
b) Giải thích ý nghĩa của mỗi số thu được ở câu a.
Kiến thức cần nhớ- Số trung bình: x=nx1+x2+…+xn; với bảng tần số: x=nm1x1+…+mkxk.
- Trung vị: sắp xếp không giảm; n lẻ lấy giá trị chính giữa, n chẵn lấy trung bình cộng hai giá trị chính giữa. Trung vị không bị ảnh hưởng bởi giá trị bất thường.
🧠 Phân tích tư duy13 giá trị (lẻ) nên trung vị là giá trị thứ 7 sau khi sắp xếp. Các giá trị thập phân quanh 3, chọn số gốc 3 để tính trung bình nhanh. Phần ý nghĩa: trung bình là diện tích "chia đều", trung vị là mốc chia đôi số tỉnh.
1Cách 1. Tính trực tiếp
Định hướng. Cộng 13 giá trị chia 13; sắp xếp để lấy giá trị thứ 7.
x=131,44+3,54+2,67+…+6,35+2,51=1340,88≈3,14
1,44; 1,53; 1,62; 2,36; 2,39; 2,51; 2,67; 3,31; 3,38; 3,54; 4,49; 5,29; 6,35
Me=x7=2,67
Vậy a) x≈3,14 nghìn km², Me=2,67 nghìn km². b) Nếu chia đều tổng diện tích cho 13 tỉnh thì mỗi tỉnh khoảng 3,14 nghìn km²; có 6 tỉnh diện tích nhỏ hơn 2,67 nghìn km² và 6 tỉnh lớn hơn.
2Cách 2. Số gốc 3
Định hướng. Đặt x=3+d; cộng các độ lệch nhỏ.
d: −1,56; 0,54; −0,33; −0,61; 1,49; 2,29; 0,31; −1,38; −0,64; 0,38; −1,47; 3,35; −0,49
∑d=8,36−6,48=1,88
x=3+131,88≈3+0,145=3,145≈3,14
Vậy x≈3,14; kết hợp dãy sắp xếp ở Cách 1: Me=2,67.
3Cách 3. So sánh số trung bình với trung vị
Định hướng. Đặt hai số cạnh nhau để giải thích ý nghĩa và vì sao chúng khác nhau.
x≈3,14>2,67=Me
Số tỉnh có diện tích lớn hơn x: 3,31;3,38;3,54;4,49;5,29;6,35 (6 tỉnh)
Vài tỉnh rất lớn (5,29; 6,35) kéo x lên trên Me
Vậy x≈3,14 nghìn km² là diện tích bình quân một tỉnh; Me=2,67 nghìn km² chia các tỉnh thành hai nửa bằng nhau về số lượng.
Nhận xét. Vì có vài tỉnh diện tích lớn hẳn nên trung vị mô tả "tỉnh điển hình" sát hơn số trung bình.
⭐ Cách nên dùng khi đi thi. Đi thi dùng Cách 1 (bấm máy phần tổng) rồi viết ý nghĩa như Cách 3 — ngắn và đủ ý.
Đáp số. a) x=1340,88≈3,14 (nghìn km²); Me=2,67 (nghìn km²). b) Diện tích bình quân mỗi tỉnh khoảng 3,14 nghìn km²; một nửa số tỉnh có diện tích không quá 2,67 nghìn km², nửa còn lại không nhỏ hơn 2,67 nghìn km².
Sai lầm thường gặp. Không sắp xếp mà lấy luôn giá trị thứ 7 của dãy gốc là 3,31 làm trung vị — sai; sau khi sắp xếp, giá trị thứ 7 là 2,67.
🚀 Mở rộng. Tính thêm các tứ phân vị: Q₁ = 1,99; Q₃ = 4,015 — một nửa số tỉnh có diện tích từ khoảng 2 đến 4 nghìn km².