Bài 9: Các số đặc trưng đo xu thế trung tâm
Lý thuyết chi tiết và bài tập có lời giải Bài 9: Các số đặc trưng đo xu thế trung tâm — SGK Toán 11 Kết nối tri thức.
I. Số trung bình của mẫu số liệu ghép nhóm
Giả sử mẫu số liệu gồm $k$ nhóm $[a_1; a_2), [a_2; a_3), \dots, [a_k; a_{k+1}]$ với tần số tương ứng $m_1, m_2, \dots, m_k$. Đặt $n = m_1 + m_2 + \dots + m_k$.
Gọi $x_1, x_2, \dots, x_k$ là giá trị đại diện của từng nhóm ($x_i = \dfrac{a_i + a_{i+1}}{2}$). Số trung bình của mẫu số liệu ghép nhóm là:
$$\bar{x} = \dfrac{m_1 x_1 + m_2 x_2 + \dots + m_k x_k}{n}$$II. Trung vị và Tứ phân vị
Giả sử nhóm $[a_p; a_{p+1})$ là nhóm đầu tiên có tần số tích lũy $cf_p \ge \dfrac{n}{2}$. Công thức tính trung vị là:
$$M_e = a_p + \dfrac{\dfrac{n}{2} - cf_{p-1}}{m_p} \cdot (a_{p+1} - a_p)$$Trong đó: $a_p$ là đầu mút trái của nhóm $p$; $m_p$ là tần số nhóm $p$; $cf_{p-1}$ là tần số tích lũy của nhóm trước nhóm $p$.
- $Q_2 = M_e$ (Trung vị).
- Tứ phân vị thứ nhất $Q_1$: Nhóm thứ $p$ chứa $Q_1$ là nhóm đầu tiên có tần số tích lũy $cf_p \ge \dfrac{n}{4}$. $$Q_1 = a_p + \dfrac{\dfrac{n}{4} - cf_{p-1}}{m_p} \cdot (a_{p+1} - a_p)$$
- Tứ phân vị thứ ba $Q_3$: Nhóm thứ $p$ chứa $Q_3$ là nhóm đầu tiên có tần số tích lũy $cf_p \ge \dfrac{3n}{4}$. $$Q_3 = a_p + \dfrac{\dfrac{3n}{4} - cf_{p-1}}{m_p} \cdot (a_{p+1} - a_p)$$
III. Mốt của mẫu số liệu ghép nhóm
Nhóm chứa mốt là nhóm có tần số $m_j$ lớn nhất. Giả sử đó là nhóm $[a_j; a_{j+1})$. Công thức tính mốt $M_o$ là:
$$M_o = a_j + \dfrac{m_j - m_{j-1}}{(m_j - m_{j-1}) + (m_j - m_{j+1})} \cdot (a_{j+1} - a_j)$$🔷 Dạng 1: Tính số trung bình $\bar{x}$
- Tính giá trị đại diện $x_i = \dfrac{a_i + a_{i+1}}{2}$ cho từng nhóm.
- Nhân từng $x_i$ với tần số $m_i$ tương ứng.
- Cộng tất cả các tích thu được rồi chia cho tổng số phần tử $n$.
Cho bảng tần số ghép nhóm chiều cao (cm) của 40 học sinh:
| Chiều cao (cm) | $[150; 155)$ | $[155; 160)$ | $[160; 165)$ | $[165; 170]$ |
|---|---|---|---|---|
| Số học sinh $m_i$ | 5 | 15 | 12 | 8 |
Tính chiều cao trung bình của 40 học sinh trên.
Xem lời giải
• Giá trị đại diện các nhóm lần lượt là: $x_1 = 152.5$, $x_2 = 157.5$, $x_3 = 162.5$, $x_4 = 167.5$.
• Tổng cỡ mẫu $n = 5 + 15 + 12 + 8 = 40$.
• Chiều cao trung bình:
$$\bar{x} = \dfrac{5(152.5) + 15(157.5) + 12(162.5) + 8(167.5)}{40} = \dfrac{762.5 + 2362.5 + 1950 + 1340}{40} = \dfrac{6415}{40} = 160.375 \text{ cm}$$Nếu tất cả số liệu trong nhóm thứ hai $[155; 160)$ tăng thêm 2 cm thì số trung bình thay đổi như thế nào?
Xem lời giải
Giá trị đại diện nhóm 2 tăng từ $157.5$ lên $159.5$ (tăng 2 cm).
Số trung bình mới tăng thêm $\dfrac{15 \times 2}{40} = \dfrac{30}{40} = 0.75 \text{ cm}$.
📝 Thực hành — Dạng 1
Cho 2 nhóm: $[0; 10)$ với 10 người, $[10; 20]$ với 30 người. Tính số trung bình.
Xem lời giải
$x_1 = 5, x_2 = 15$. $\bar{x} = \dfrac{10(5) + 30(15)}{40} = \dfrac{50 + 450}{40} = 12.5$.
Cho các giá trị đại diện $x_i = 10, 20, 30$ có tần số tương ứng $m_i = 2, 5, 3$. Tính $\bar{x}$.
Xem lời giải
$\bar{x} = \dfrac{2(10) + 5(20) + 3(30)}{10} = \dfrac{20 + 100 + 90}{10} = 21$.
🔷 Dạng 2: Tìm trung vị $M_e$ và Tứ phân vị
- Tính các tần số tích lũy $cf_i$.
- Xác định nhóm chứa $M_e$ ($cf_p \ge \dfrac{n}{2}$), nhóm chứa $Q_1$ ($cf_p \ge \dfrac{n}{4}$), nhóm chứa $Q_3$ ($cf_p \ge \dfrac{3n}{4}$).
- Áp dụng các công thức nội suy tương ứng.
Tìm trung vị $M_e$ cho mẫu số liệu Ví dụ 1 Dạng 1 ($n = 40$).
Xem lời giải
• $n = 40 \Rightarrow \dfrac{n}{2} = 20$.
• Tần số tích lũy: $cf_1 = 5, cf_2 = 20, cf_3 = 32, cf_4 = 40$.
Nhóm đầu tiên có $cf_p \ge 20$ là nhóm 2 $[155; 160)$. Do đó $p = 2$, $a_2 = 155$, $m_2 = 15$, $cf_1 = 5$, độ dài $h = 5$.
Áp dụng công thức:
$$M_e = 155 + \dfrac{20 - 5}{15} \cdot 5 = 155 + \dfrac{15}{15} \cdot 5 = 160 \text{ cm}$$Tìm $Q_1$ và $Q_3$ cho mẫu số liệu trên.
Xem lời giải
• $\dfrac{n}{4} = 10$. Nhóm chứa $Q_1$ là nhóm 2 $[155; 160)$ (vì $cf_2 = 20 \ge 10$).
$$Q_1 = 155 + \dfrac{10 - 5}{15} \cdot 5 = 155 + \dfrac{5}{3} \approx 156.67 \text{ cm}$$• $\dfrac{3n}{4} = 30$. Nhóm chứa $Q_3$ là nhóm 3 $[160; 165)$ (vì $cf_3 = 32 \ge 30$).
$$Q_3 = 160 + \dfrac{30 - 20}{12} \cdot 5 = 160 + \dfrac{50}{12} \approx 164.17 \text{ cm}$$📝 Thực hành — Dạng 2
Cho mẫu ghép nhóm: $[0; 4)$ có 10 phần tử, $[4; 8)$ có 20 phần tử, $[8; 12]$ có 10 phần tử ($n = 40$). Tìm $M_e$.
Xem lời giải
$\dfrac{n}{2} = 20 \Rightarrow cf_2 = 30 \ge 20 \Rightarrow$ Nhóm 2 $[4; 8)$.
$M_e = 4 + \dfrac{20 - 10}{20} \cdot 4 = 4 + 2 = 6$.
Tìm $Q_1$ cho mẫu ở bài tập 2.1.
Xem lời giải
$\dfrac{n}{4} = 10 \Rightarrow cf_1 = 10 \ge 10 \Rightarrow$ Nhóm 1 $[0; 4)$.
$Q_1 = 0 + \dfrac{10 - 0}{10} \cdot 4 = 4$.
🔷 Dạng 3: Tìm mốt $M_o$ của mẫu ghép nhóm
- Tìm nhóm có tần số lớn nhất $m_j$. Giả sử đó là nhóm $[a_j; a_{j+1})$.
- Áp dụng công thức: $M_o = a_j + \dfrac{m_j - m_{j-1}}{(m_j - m_{j-1}) + (m_j - m_{j+1})} \cdot (a_{j+1} - a_j)$.
Tìm mốt $M_o$ cho mẫu số liệu chiều cao ở Ví dụ 1 Dạng 1.
Xem lời giải
• Nhóm có tần số lớn nhất là nhóm 2 $[155; 160)$ với tần số $m_2 = 15$.
• Ta có: $a_2 = 155$, $m_1 = 5$, $m_3 = 12$, độ dài $h = 5$.
$$\Delta_1 = m_2 - m_1 = 15 - 5 = 10$$ $$\Delta_2 = m_2 - m_3 = 15 - 12 = 3$$ $$M_o = 155 + \dfrac{10}{10 + 3} \cdot 5 = 155 + \dfrac{50}{13} \approx 158.85 \text{ cm}$$Trường hợp nào mẫu số liệu ghép nhóm không có mốt hoặc có nhiều hơn 1 mốt?
Xem lời giải
• Không có mốt khi tất cả các nhóm có tần số bằng nhau.
• Có nhiều mốt khi có từ 2 nhóm trở lên cùng có tần số đạt giá trị lớn nhất.
📝 Thực hành — Dạng 3
Tính mốt $M_o$ của mẫu số liệu: $[10; 20)$ có 4 người, $[20; 30)$ có 10 người, $[30; 40]$ có 6 người.
Xem lời giải
Nhóm chứa mốt $[20; 30)$ có $m_2 = 10$. $\Delta_1 = 10 - 4 = 6$, $\Delta_2 = 10 - 6 = 4$.
$M_o = 20 + \dfrac{6}{6+4} \cdot 10 = 20 + 6 = 26$.
Mốt $M_o$ dùng để đại diện cho điều gì của mẫu số liệu?
Xem lời giải
Mốt đại diện cho giá trị xuất hiện nhiều nhất (xu thế phổ biến nhất) trong mẫu số liệu.
🔷 Dạng 4: So sánh và Ý nghĩa các số đặc trưng
- Số trung bình $\bar{x}$: Nhạy cảm với các số liệu bất thường (outliers).
- Trung vị $M_e$: Không bị ảnh hưởng bởi số liệu bất thường, chia mẫu số liệu thành 2 phần bằng nhau.
- Mốt $M_o$: Thường dùng trong kinh doanh (size áo bán chạy nhất, sản phẩm được yêu thích nhất...).
Một công ty có mức lương được chia làm 3 nhóm: $[5; 10)$ triệu (15 người), $[10; 15)$ triệu (20 người), $[50; 100]$ triệu (2 giám đốc). Nên dùng số trung bình hay trung vị để thể hiện mức lương đại diện cho nhân viên công ty?
Xem lời giải
Mức lương 2 giám đốc ($50-100$ triệu) là giá trị bất thường kéo số trung bình lên cao (khoảng $15.8$ triệu), không phản ánh đúng đại đa số nhân viên.
Do đó nên sử dụng Trung vị $M_e$ để đại diện cho mức lương của công ty.
Một cửa hàng giày thống kê cỡ giày bán ra trong tháng. Chủ cửa hàng nên quan tâm nhất đến số đặc trưng nào khi nhập hàng mới?
Xem lời giải
Chủ cửa hàng nên quan tâm nhất đến Mốt $M_o$ vì mốt chỉ ra cỡ giày bán chạy nhất để nhập số lượng nhiều hơn.
📝 Thực hành — Dạng 4
Trong trường hợp mẫu số liệu không có giá trị dị biệt, số đặc trưng nào thường được ưu tiên sử dụng nhất?
Xem lời giải
Số trung bình $\bar{x}$ thường được ưu tiên nhất.
Khoảng tứ phân vị $\Delta_Q = Q_3 - Q_1$ đo đại lượng nào của mẫu số liệu?
Xem lời giải
Đo độ phân tán của $50\%$ số liệu nằm ở giữa mẫu.
📝 Bài tập tự luận — Tổng hợp
Bài 1. Cho mẫu ghép nhóm: $[0; 5)$ có 4 người, $[5; 10)$ có 10 người, $[10; 15]$ có 6 người. Tính số trung bình $\bar{x}$.
Xem lời giải
$x_1 = 2.5, x_2 = 7.5, x_3 = 12.5$. $n = 20$.
$\bar{x} = \dfrac{4(2.5) + 10(7.5) + 6(12.5)}{20} = \dfrac{10 + 75 + 75}{20} = \dfrac{160}{20} = 8$.
Bài 2. Tìm trung vị $M_e$ của mẫu số liệu ở Bài 1.
Xem lời giải
$\dfrac{n}{2} = 10 \Rightarrow cf_2 = 14 \ge 10 \Rightarrow$ Nhóm 2 $[5; 10)$.
$M_e = 5 + \dfrac{10 - 4}{10} \cdot 5 = 5 + 3 = 8$.
Bài 3. Tìm mốt $M_o$ của mẫu số liệu ở Bài 1.
Xem lời giải
Nhóm mốt $[5; 10)$ có $m_2 = 10$. $\Delta_1 = 10 - 4 = 6$, $\Delta_2 = 10 - 6 = 4$.
$M_o = 5 + \dfrac{6}{6+4} \cdot 5 = 5 + 3 = 8$.
Bài 4. Tính $Q_1$ và $Q_3$ cho mẫu số liệu Bài 1.
Xem lời giải
$\dfrac{n}{4} = 5 \Rightarrow Q_1$ thuộc nhóm 2 $[5; 10)$. $Q_1 = 5 + \dfrac{5 - 4}{10} \cdot 5 = 5.5$.
$\dfrac{3n}{4} = 15 \Rightarrow Q_3$ thuộc nhóm 3 $[10; 15]$. $Q_3 = 10 + \dfrac{15 - 14}{6} \cdot 5 = 10.83$.
Bài 5. Cho bảng tần số ghép nhóm có 4 nhóm bằng nhau $[20; 30), [30; 40), [40; 50), [50; 60]$ với tần số tương ứng $8, 12, 16, 4$. Tìm nhóm chứa mốt.
Xem lời giải
Nhóm thứ 3 $[40; 50)$ có tần số lớn nhất bằng 16.
Bài 6. Tính mốt $M_o$ cho mẫu ở Bài 5.
Xem lời giải
$a_3 = 40$, $\Delta_1 = 16 - 12 = 4$, $\Delta_2 = 16 - 4 = 12$.
$M_o = 40 + \dfrac{4}{4+12} \cdot 10 = 40 + 2.5 = 42.5$.
Bài 7. Tính trung vị $M_e$ cho mẫu ở Bài 5 ($n = 40$).
Xem lời giải
$\dfrac{n}{2} = 20$. $cf_1 = 8, cf_2 = 20 \ge 20 \Rightarrow$ Nhóm 2 $[30; 40)$.
$M_e = 30 + \dfrac{20 - 8}{12} \cdot 10 = 30 + 10 = 40$.
Bài 8. Tính số trung bình $\bar{x}$ cho mẫu ở Bài 5.
Xem lời giải
$x_1 = 25, x_2 = 35, x_3 = 45, x_4 = 55$.
$\bar{x} = \dfrac{8(25) + 12(35) + 16(45) + 4(55)}{40} = \dfrac{200 + 420 + 720 + 220}{40} = \dfrac{1560}{40} = 39$.
Bài 9. Ý nghĩa của tứ phân vị thứ nhất $Q_1$ là gì?
Xem lời giải
Có khoảng $25\%$ số liệu nhỏ hơn hoặc bằng $Q_1$ và khoảng $75\%$ số liệu lớn hơn hoặc bằng $Q_1$.
Bài 10. Nếu tất cả các số liệu trong mẫu ghép nhóm đều nhân thêm 3 thì $\bar{x}, M_e, M_o$ thay đổi như thế nào?
Xem lời giải
Cả $\bar{x}, M_e, M_o$ đều gấp lên 3 lần.
🎯 Bài tập trắc nghiệm tự luyện
Làm các câu hỏi sau để củng cố toàn bộ kiến thức về Các số đặc trưng đo xu thế trung tâm. Hệ thống sẽ hiển thị kết quả và lời giải chi tiết ngay khi bạn trả lời.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm Số đặc trưng trung tâm
Hàng trăm câu hỏi ngẫu nhiên từ ngân hàng đề — kiểm tra và tự đánh giá năng lực ngay!
🚀 Làm bài trắc nghiệm →