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CalcGospel 國際數學圖譜
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S1 2025 Jan Q2

A Level / Edexcel / S1

IAL 2025 Jan Paper · Question 2

题目

Problem

As part of an investigation, Bobby collects a sample of 4747 observations, xx. The results are shown in the following stem and leaf diagram, where aa is a constant.

(a) Find the range of these observations.

(1)

(b) Find the value of the median of these observations.

(1)

Given that the interquartile range of these observations is 0.310.31

(c) find the value of aa

(3)

Bobby calculates the following statistics from these observations

∑x=23.72,∑x2=13.4228.\sum x=23.72,\qquad \sum x^2=13.4228.

(d) Show that the standard deviation of these observations is 0.1760.176 to 33 significant figures.

(2)

Bobby now collects 1818 more observations, yy, from the same investigation.

(e) Using all 6565 observations, the sample mean is 0.5020.502 and the sample standard deviation is 0.2040.204

(i) Show that ∑y=8.91\sum y=8.91

(2)

(ii) Showing your working, calculate ∑y2\sum y^2

(3)
题目中文翻译

Bobby 为一项调查收集了包含 4747 个观测值 xx 的样本。结果如上方茎叶图所示,其中 aa 是常数。图例中 3∣23\mid2 表示 0.320.32。

(a) 求这些观测值的极差。(1 分)

(b) 求这些观测值的中位数。(1 分)

已知这些观测值的四分位距是 0.310.31。

(c) 求 aa 的值。(3 分)

Bobby 根据这些观测值算得 ∑x=23.72\sum x=23.72、∑x2=13.4228\sum x^2=13.4228。

(d) 证明这些观测值的标准差为 0.1760.176,精确到 3 位有效数字。(2 分)

Bobby 又从同一项调查中收集了 1818 个观测值 yy。

(e) 使用全部 6565 个观测值,得到样本均值 0.5020.502 和样本标准差 0.2040.204。

(i) 证明 ∑y=8.91\sum y=8.91。(2 分)

(ii) 写出计算过程,求 ∑y2\sum y^2。(3 分)

解答

(a)

解法一

思路

展开

从 stem-and-leaf 读出最小值是 0.210.21,最大值是 0.870.87,范围是最大值减最小值。

答题过程

展开 Range= 0.87−0.21= 0.66.\begin{align*} \text{Range} =&\,0.87-0.21\\ =&\,0.66. \end{align*}

(b)

解法一

思路

展开

一共有 4747 个数据,中位数位置是第 47+12=24\dfrac{47+1}{2}=24 个。累计到 stem 33 有 1515 个,stem 44 有 1111 个,所以第 2424 个在 stem 44 这一行,是 0.480.48。

答题过程

展开

The median is the

47+12=24th\begin{align*} \frac{47+1}{2}=24\text{th} \end{align*}

observation.

The 2424th observation is

0.48.\begin{align*} 0.48. \end{align*}

(c)

解法一

思路

展开

下四分位数位置是第 1212 个,所以 Q1=0.35Q_1=0.35。题目给 IQR=0.31IQR=0.31,所以

Q3=0.35+0.31=0.66.\begin{align*} Q_3=0.35+0.31=0.66. \end{align*}

上四分位数位置是第 3636 个。结合茎叶图,这个值是 0.60+0.01a0.60+0.01a,所以 a=6a=6。

答题过程

展开

The lower quartile is the 1212th observation, so

Q1=0.35.\begin{align*} Q_1=0.35. \end{align*}

Since the interquartile range is 0.310.31,

Q3−Q1= 0.31Q3−0.35= 0.31Q3= 0.66.\begin{align*} Q_3-Q_1=&\,0.31\\ Q_3-0.35=&\,0.31\\ Q_3=&\,0.66. \end{align*}

The upper quartile is the 3636th observation. From the stem-and-leaf diagram, this is 0.60+0.01a0.60+0.01a.

Therefore

0.60+0.01a=0.66,\begin{align*} 0.60+0.01a=0.66, \end{align*}

so

a=6.\begin{align*} a=6. \end{align*}

(d)

解法一

思路

展开

用标准差公式

s=∑x2n−(∑xn)2.\begin{align*} s=\sqrt{\frac{\sum x^2}{n}-\Big(\frac{\sum x}{n}\Big)^2}. \end{align*}

这里 n=47n=47。

答题过程

展开

First find the mean and mean square:

xˉ= 23.7247=0.504680851…,∑x247= 13.422847=0.285591489….\begin{align*} \bar{x}=&\,\frac{23.72}{47}=0.504680851\ldots,\\ \frac{\sum x^2}{47}=&\,\frac{13.4228}{47}=0.285591489\ldots. \end{align*}

Hence

s= ∑x247−xˉ2= 0.030888727…= 0.175751893….\begin{align*} s=&\,\sqrt{\frac{\sum x^2}{47}-\bar{x}^2}\\ =&\,\sqrt{0.030888727\ldots}\\ =&\,0.175751893\ldots. \end{align*}

Therefore

s=0.176\begin{align*} s=0.176 \end{align*}

to 33 significant figures.

解法二

思路

展开

先求离均差平方和 SxxS_{xx},再计算 Sxx/47\sqrt{S_{xx}/47}。

答题过程

展开 Sxx= ∑x2−(∑x)247= 13.4228−23.72247= 1.451770212….\begin{align*} S_{xx}=&\,\sum x^2-\frac{(\sum x)^2}{47}\\ =&\,13.4228-\frac{23.72^2}{47}\\ =&\,1.451770212\ldots. \end{align*}

Hence

s= Sxx47= 1.451770212…47= 0.175751893…= 0.176(3 s.f.).\begin{align*} s=&\,\sqrt{\frac{S_{xx}}{47}}\\ =&\,\sqrt{\frac{1.451770212\ldots}{47}}\\ =&\,0.175751893\ldots\\ =&\,0.176\quad(3\text{ s.f.}). \end{align*}

(e)(i)

解法一

思路

展开

全部 6565 个数据的平均数是 0.5020.502,所以全部数据总和是 65×0.50265\times0.502。减去原来 4747 个 xx 的总和,就得到新增 1818 个 yy 的总和。

答题过程

展开

For all 6565 observations,

∑x+∑y=65(0.502).\begin{align*} \sum x+\sum y=65(0.502). \end{align*}

Using ∑x=23.72\sum x=23.72,

∑y= 65(0.502)−23.72= 32.63−23.72= 8.91.\begin{align*} \sum y =&\,65(0.502)-23.72\\ =&\,32.63-23.72\\ =&\,8.91. \end{align*}

(e)(ii)

解法一

思路

展开

对全部 6565 个数据使用

s2=∑x2+∑y265−xˉ2.\begin{align*} s^2=\frac{\sum x^2+\sum y^2}{65}-\bar{x}^2. \end{align*}

这里整体标准差是 0.2040.204,整体平均数是 0.5020.502。

答题过程

展开

For all 6565 observations,

s2=∑x2+∑y265−xˉ2.\begin{align*} s^2=\frac{\sum x^2+\sum y^2}{65}-\bar{x}^2. \end{align*}

Substitute the given values:

(0.204)2= 13.4228+∑y265−(0.502)213.4228+∑y265= (0.204)2+(0.502)213.4228+∑y2= 65(0.041616+0.252004)∑y2= 65(0.293620)−13.4228= 5.6625.\begin{align*} (0.204)^2 =&\,\frac{13.4228+\sum y^2}{65}-(0.502)^2\\ \frac{13.4228+\sum y^2}{65} =&\,(0.204)^2+(0.502)^2\\ 13.4228+\sum y^2 =&\,65(0.041616+0.252004)\\ \sum y^2 =&\,65(0.293620)-13.4228\\ =&\,5.6625. \end{align*}

Therefore

∑y2=5.66\begin{align*} \sum y^2=5.66 \end{align*}

to 33 significant figures.