某沙漠地区经过治理,生态系统得到很大改善,野生动物数量有所…——2020 高考数学第 18 题答案解析

2020_新课标 II 卷 (2020·理)

2020 National Question 18 Free-response Differentiating
2020_新课标 II 卷 (2020·理)

18.某沙漠地区经过治理,生态系统得到很大改善,野生动物数量有所增加.为调查该地区某种野生动物的数量,将其分成面积相近的 200 个地块,从这些地块中用简单随机抽样的方法抽取 20 个作为样区,调查得到样本数据 $\left(x_{i}, y_{i}\right)(i=1,2, \ldots, 20)$ ,其中 $x_{i}$ 和 $y_{i}$ 分别表示第 $i$ 个样区的植物覆盖面积(单位:公顷)和这种野生动物的数量,并计算得 $\sum_{i=1}^{20} x_{i}=60$ ,

$$ \sum_{i=1}^{20} y_{i}=1200, \quad \sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)^{2}=80, \quad \sum_{i=1}^{20}\left(y_{i}-\bar{y}\right)^{2}=9000, \quad \sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)\left(y_{i}-\bar{y}\right)=800 . $$

(1)求该地区这种野生动物数量的估计值(这种野生动物数量的估计值等于样区这种野生动物数量的平均数乘以地块数);
(2)求样本 $\left(x_{i}, y_{i}\right)(i=1,2, \ldots, 20)$ 的相关系数(精确到 0.01 );
(3)根据现有统计资料,各地块间植物覆盖面积差异很大。为提高样本的代表性以获得该地区这种野生动物数量更准确的估计,请给出一种你认为更合理的抽样方法,并说明理由.

附:相关系数 $r=\frac{\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i}-\bar{x}\right)\left(y_{i}-\bar{y}\right)}{\sqrt{\sum_{i=1}^{n}\left(x_{i}-\bar{x}\right)^{2} \sum_{i=1}^{n}\left(y_{i}-\bar{y}\right)^{2}}}, \sqrt{2}=1.414$ .

Answer key

(1) 12000; (2) 0.94; (3) 详见解析

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完整解析 · 逐步详解

(1)首先计算样区中野生动物数量的平均值。
由题意知,样本容量 $n=20$,$\sum_{i=1}^{20} y_{i}=1200$,
则样区野生动物数量的平均数为:
$$ \bar{y} = \frac{1}{20} \sum_{i=1}^{20} y_{i} = \frac{1200}{20} = 60 $$
该地区共有 200 个地块,根据估计规则,该地区这种野生动物数量的估计值为:
$$ 200 \times \bar{y} = 200 \times 60 = 12000 $$

(2)根据相关系数公式及题目给出的统计数据:
$$ \sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)^{2}=80, \quad \sum_{i=1}^{20}\left(y_{i}-\bar{y}\right)^{2}=9000, \quad \sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)\left(y_{i}-\bar{y}\right)=800 $$
代入公式计算相关系数 $r$:
$$ r = \frac{\sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)\left(y_{i}-\bar{y}\right)}{\sqrt{\sum_{i=1}^{20}\left(x_{i}-\bar{x}\right)^{2} \sum_{i=1}^{20}\left(y_{i}-\bar{y}\right)^{2}}} = \frac{800}{\sqrt{80 \times 9000}} $$
化简分母:
$$ \sqrt{80 \times 9000} = \sqrt{720000} = \sqrt{360000 \times 2} = 600\sqrt{2} $$
所以:
$$ r = \frac{800}{600\sqrt{2}} = \frac{4}{3\sqrt{2}} = \frac{2\sqrt{2}}{3} $$
将 $\sqrt{2} \approx 1.414$ 代入:
$$ r \approx \frac{2 \times 1.414}{3} = \frac{2.828}{3} \approx 0.9427 $$
精确到 0.01,得 $r \approx 0.94$。

(3)更合理的抽样方法是:分层抽样。
理由如下:
由第(2)问可知,植物覆盖面积与野生动物数量之间存在较强的正相关关系($r \approx 0.94$)。题目指出各地块间植物覆盖面积差异很大,若采用简单随机抽样,可能因样本分布不均导致估计偏差较大。
采用分层抽样,可以根据植物覆盖面积的大小将 200 个地块划分为不同的层(如高、中、低覆盖区),确保各层在样本中都有代表。由于层内差异较小,层间差异较大,分层抽样能更好地反映总体结构,从而降低抽样误差,提高对该地区野生动物数量估计的准确性。

✅ 来源:2020年 · 全国 · 2020_新课标 II 卷 (2020·理) · 第 18 题 · 本题已通过全部自动发布校验

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