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CalcGospel 國際數學圖譜
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IAL 2023 Jan Q1

A Level / Edexcel / S1

IAL 2023 Jan Paper · Question 1

题目

Problem

The histogram shows the times taken, tt minutes, by each of 100100 people to swim 500500 metres.

Histogram

(a) Use the histogram to complete the frequency table for the times taken by the 100100 people to swim 500500 metres.

Time taken (t minutes)5101014141818252540Frequency (f)101624\begin{array}{c|ccccc} \text{Time taken }(t\text{ minutes})&5-10&10-14&14-18&18-25&25-40\\ \hline \text{Frequency }(f)&10&16&24&& \end{array}
(1)

(b) Estimate the number of people who took less than 1616 minutes to swim 500500 metres.

(2)

(c) Find an estimate for the mean time taken to swim 500500 metres.

(2)

Given that ft2=41033\sum ft^2=41033

(d) find an estimate for the standard deviation of the times taken to swim 500500 metres.

(2)

Given that Q3=23Q_3=23

(e) use linear interpolation to estimate the interquartile range of the times taken to swim 500500 metres.

(3)

解答

(a)

解法一

思路

展开

直方图中 frequency = frequency density ×\times class width。由图读出最后两组频数。

答题过程

展开

The completed frequencies are

Time taken (t minutes)5101014141818252540Frequency (f)1016243515\begin{array}{c|ccccc} \text{Time taken }(t\text{ minutes})&5-10&10-14&14-18&18-25&25-40\\ \hline \text{Frequency }(f)&10&16&24&35&15 \end{array}

(b)

解法一

思路

展开

少于 1616 分钟包括前两整组,再加上 14141616 这一半的 1414-1818 组。

答题过程

展开 number=10+16+16141814(24)=10+16+12=38.\begin{align*} \text{number} =&\,10+16+\frac{16-14}{18-14}(24)\\[3mm] =&\,10+16+12\\[3mm] =&\,38. \end{align*}

解法二

思路

展开

直观比例计算法。 前两个区间 5105-10101410-14 分别包含 10101616 人。 对于区间 141814-18,其宽度为 1814=418 - 14 = 4 分钟,该区间内总共有 2424 人。 目标值 1616 分钟将该区间平分为两半(因为 1614=216 - 14 = 2 分钟,占该区间的 24=50%\frac{2}{4} = 50\%)。 基于直方图内数据均匀分布的假设,小于 1616 分钟的人数在该区间内有:

50%×24=12 人\begin{align*} 50\% \times 24 = 12\text{ 人} \end{align*}

最后将三部分人数加起来:

10+16+12=38 人\begin{align*} 10 + 16 + 12 = 38\text{ 人} \end{align*}

这种方法利用比例与分率的直观意义,避开了公式中的多重除法,有利于手算。

答题过程

展开

The number of people who took less than 1616 minutes is composed of:

  • All people in the interval [5,10][5, 10]: 1010
  • All people in the interval [10,14][10, 14]: 1616
  • A proportion of people in the interval [14,18][14, 18].

The width of the interval [14,18][14, 18] is:

1814=4 minutes.\begin{align*} 18 - 14 = 4\text{ minutes}. \end{align*}

The target range within this interval is [14,16][14, 16], which has a width of:

1614=2 minutes.\begin{align*} 16 - 14 = 2\text{ minutes}. \end{align*}

The proportion of people in this range is:

24=0.5.\begin{align*} \frac{2}{4} = 0.5. \end{align*}

Thus, the number of people in this range is:

0.5×24=12.\begin{align*} 0.5 \times 24 = 12. \end{align*}

Summing all three parts:

Total number=10+16+12=38.\begin{align*} \text{Total number} =&\,\, 10 + 16 + 12\\[3mm] =&\,\, 38. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

用 grouped data midpoint 估计平均数。

答题过程

展开 ft=7.5(10)+12(16)+16(24)+21.5(35)+32.5(15)=1891.\begin{align*} \sum ft =&\,7.5(10)+12(16)+16(24)\\[3mm] &\,\hspace{2pt}+21.5(35)+32.5(15)\\[3mm] =&\,1891. \end{align*}

Therefore

tˉ=1891100=18.91.\begin{align*} \bar{t}=\frac{1891}{100}=18.91. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

用公式

s=ft2ftˉ2.\begin{align*} s=\sqrt{\frac{\sum ft^2}{\sum f}-\bar{t}^{\,2}}. \end{align*}

答题过程

展开 s=4103310018.912=7.262\begin{align*} s =&\,\sqrt{\frac{41033}{100}-18.91^2}\\[3mm] =&\,7.262\ldots \end{align*}

So the standard deviation is

7.26\begin{align*} 7.26 \end{align*}

to 33 significant figures.

(e)

解法一

思路

展开

Q1Q_1 是第 2525 个数据。累计到 1010 分钟是 1010,累计到 1414 分钟是 2626,所以 Q1Q_110101414 这一组内。

答题过程

展开

For Q1Q_1,

Q1=10+251016(1410)=13.75.\begin{align*} Q_1=10+\frac{25-10}{16}(14-10)=13.75. \end{align*}

Therefore

IQR=Q3Q1=2313.75=9.25.\begin{align*} \operatorname{IQR}=Q_3-Q_1=23-13.75=9.25. \end{align*}

解法二

思路

展开

直观比例插值法。 下四分位数 Q1Q_1 对应第 2525 个值。在区间 [10,14][10, 14] 之前累计已有 1010 人。 因此 Q1Q_1 是区间 [10,14][10, 14] 里的第 2510=1525 - 10 = 15 個值。 由于该区间内共有 1616 人,且区间宽度为 1410=414 - 10 = 4 分钟。 Q1Q_1 在该区间内行进的比例为:

1516\begin{align*} \frac{15}{16} \end{align*}

对应实际分钟数为:

1516×4=154=3.75 分钟\begin{align*} \frac{15}{16} \times 4 = \frac{15}{4} = 3.75\text{ 分钟} \end{align*}

所以 Q1Q_1 的估算值为:

10+3.75=13.75 分钟\begin{align*} 10 + 3.75 = 13.75\text{ 分钟} \end{align*}

最后代入四分位距公式:

IQR=Q3Q1=2313.75=9.25\begin{align*} \operatorname{IQR} = Q_3 - Q_1 = 23 - 13.75 = 9.25 \end{align*}

此方法通过将插值运算分解为比例与实际宽度的乘积,有助于学生理解插值法的实际物理背景。

答题过程

展开

The lower quartile Q1Q_1 corresponds to the 2525th value. The cumulative frequency before the class interval [10,14][10, 14] is 1010. Therefore, Q1Q_1 is the 2510=1525 - 10 = 15th value inside the interval [10,14][10, 14] which has a frequency of 1616.

The width of this class interval is:

1410=4 minutes.\begin{align*} 14 - 10 = 4\text{ minutes}. \end{align*}

The proportion of distance Q1Q_1 travels into this interval is:

1516.\begin{align*} \frac{15}{16}. \end{align*}

The distance into the interval is:

1516×4=3.75 minutes.\begin{align*} \frac{15}{16} \times 4 = 3.75\text{ minutes}. \end{align*}

Thus, the estimated lower quartile is:

Q1=10+3.75=13.75.\begin{align*} Q_1 = 10 + 3.75 = 13.75. \end{align*}

Given Q3=23Q_3 = 23:

IQR=Q3Q1=2313.75=9.25.\begin{align*} \operatorname{IQR} =&\,\, Q_3 - Q_1\\[3mm] =&\,\, 23 - 13.75\\[3mm] =&\,\, 9.25. \end{align*}