技能一覧 › 数学I データの分析

グループを合わせたデータの平均・分散

各グループの個数・平均値・分散(または , )から、全体やデータを 1 個追加したときの平均値・分散を を使って求められる

前提

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算数中学高校大学大学院

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  1. 平均と合計 (算数 いろいろな文章題)
  2. 平均値・中央値・最頻値 (中学数学 データの活用)
  3. 代表値(平均値・中央値・最頻値) (数学I データの分析)
  4. 分散と標準偏差 (数学I データの分析)

説明

データがいくつかのグループに分かれていて、各グループの個数・平均値・分散だけがわかっている場合を考えます。この技能を使うと、データの値を一つ一つ知らなくても、全グループを合わせたデータの平均値と分散を求められます。すでにあるデータに 1 個データを追加したときの平均値・分散も、同じ方法で求められます。クラスごとの成績から学年全体の様子を調べるときなどに使います。

なぜそうしてよいのか

平均値や分散は、グループごとの値をそのまま足したり平均したりしても、全体の値にはなりません。一方で「合計」は足し合わせることができます。全体のデータの合計は各グループの合計の和であり、2 乗の合計も各グループの 2 乗の合計の和です。そこで、各グループの情報をいったん「合計」と「2 乗の合計」に直してから足し合わせます。

グループ A の個数を 、平均値を 、分散を とします。平均値は合計を個数で割ったものなので、A の合計は です。また、分散の公式 ( は A の各データの 2 乗の平均)を変形すると となり、A の 2 乗の合計は です。グループ B なども同様です。

全体の個数を とし、全体の平均値を 、全体の 2 乗の平均を と書くことにします。全体の合計を で割れば 、全体の 2 乗の合計を で割れば が得られ、全体の分散は同じ公式で となります。データ を 1 個追加する場合は、その 1 個を「個数 1・平均値 ・分散 のグループ」とみなします。このグループの合計は 、2 乗の合計は なので、これをもとのデータの合計・2 乗の合計に足せば、まったく同じ計算で求められます。

手順

  1. 各グループの合計を求める:グループ A なら

  2. 各グループの 2 乗の合計を求める:グループ A なら (分散の公式を逆に使う)

  3. データ を 1 個追加するときは、それを個数 1・平均値 ・分散 のグループとみなし、合計 、2 乗の合計 として扱う

  4. 合計どうし、2 乗の合計どうしをそれぞれ足し、全体の個数 で割る。これで全体の平均値 と 2 乗の平均 が得られる

  5. 全体の分散を で求める(標準偏差が必要なら、その正の平方根をとる)

例題

あるテストで、A 組 4 人の得点は平均値 6 点・分散 4、B 組 6 人の得点は平均値 11 点・分散 9 であった。A 組と B 組を合わせた 10 人の得点の分散を求めよ。

例題の解答

、、全体の個数は である。
手順 1(合計):A 組の合計は 、B 組の合計は 。
手順 2(2 乗の合計):A 組は 、B 組は 。
手順 3:今回はデータの追加はないので使わない。
手順 4(全体の平均):合計は なので 。2 乗の合計は なので 。
手順 5(分散):。
よって、10 人の得点の分散は 13 である。

答え:

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること