בעיות הופכיות וסימטריה של העקומה
מבוא
עד עכשיו קראנו מהגרף הסתברות בהינתן טווח ערכים. בשיעור זה נלך בכיוון ההפוך: בהינתן אחוז אוכלוסייה — נמצא את ערך המשתנה שמתאים לו. נראה גם איך הסימטריה של העקומה הופכת שטח נתון בצד אחד לשטח ידוע בצד השני, וכיצד פותרים משוואה ומערכת משוואות ממעלה ראשונה כדי למצוא ממוצע וסטיית תקן.
מטרות השיעור
- לפתור בעיה הופכית: בהינתן אחוז ("X% נמוך מ-" או "X% גבוה מ-") למצוא את ערך המשתנה המתאים
- להשתמש בסימטריה של העקומה כדי לקבוע שטח חלקי אחד מתוך שטח נתון
- למצוא שטח בין הממוצע לערך באמצעות ההפרש מ-50%
- לפתור משוואה ממעלה ראשונה ומערכת של שתי משוואות למציאת ו-
הרעיון המרכזי
הבעיה ההופכית: מאחוז לערך
בבעיה הופכית נתון אחוז ומבקשים ערך. הצעדים:
- מזהים אם האחוז הוא בקצה ("נמוך מ-"/"גבוה מ-") או טווח, ובאיזה צד של הממוצע.
- מחברים אחוזים מהקצה כלפי פנים עד שמגיעים לאחוז הנתון — כך מוצאים את השנתה.
- מתרגמים את השנתה לערך: .
למשל, אם נמוך מערך מסוים: מהקצה השמאלי מביא אותנו לשנתה , ולכן הערך הוא .
סימטריה: שטח אחד קובע את הסימטרי לו
העקומה סימטרית ביחס לממוצע . לכן אם שני ערכים נמצאים במרחק שווה מהממוצע (אחד מימינו ואחד משמאלו), השטחים שמעבר להם שווים:
כך, אם נתון שטח בצד אחד, מיד יודעים את השטח הסימטרי בצד השני — בלי לקרוא אחוזים נוספים מהגרף. שימושי במיוחד כשהאחוז הנתון אינו "עגול" (כמו שליש או רבע).
שטח בין הממוצע לערך — דרך ה-50%
כל צד של הממוצע מכיל . לכן אם נתון איזה אחוז נמצא מעבר לערך מסוים שמעל הממוצע, השטח בין הממוצע לאותו ערך הוא ההפרש:
לדוגמה, אם מעל הערך v, אז בין הממוצע ל-v יש .
משוואות ממעלה ראשונה ומערכת
ברמה זו האלגברה אינה עולה על משוואה ממעלה ראשונה. שתי תבניות נפוצות:
- משוואה אחת: כשמזהים שערך נתון יושב על שנתה מסוימת, מקבלים משוואה כמו ופותרים לנעלם החסר.
- מערכת שתי משוואות: כששני אחוזים שונים קובעים שתי שנתות, מקבלים שתי משוואות ב- וב- — למשל ו- — ופותרים בחיסור.
דוגמאות מפורטות
דוגמה 1: בעיה הופכית — מאחוז לערך
ציונים: ממוצע 68, סטיית תקן 8. 16% מהתלמידים קיבלו ציון נמוך מערך מסוים. מהו הערך?
שלב 1 — מזהים צד
ציוני מבחן מתפלגים נורמלית עם ממוצע 68 וסטיית תקן 8 (אחוזי הגרף: 19%, 15%, 9%, 5%, 2% מהמרכז כלפי חוץ). ידוע ש-16% מהתלמידים קיבלו ציון נמוך מערך מסוים. מהו אותו ציון?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 2: סימטריה — שטח אחד קובע את הסימטרי
משקל ביצים: ממוצע 62 גרם. 16% מהביצים שוקלות מעל 68 גרם. איזה אחוז שוקלות פחות מ-56 גרם?
— כי 56 ו-68 סימטריים ביחס ל-.
שלב 1 — בודקים מרחק מהממוצע
משקל ביצים מתפלג נורמלית עם ממוצע 62 גרם. ידוע ש-16% מהביצים כבדות ומשקלן מעל 68 גרם. נכון או לא נכון: על פי הסימטריה של העקומה, אחוז הביצים ששוקלות פחות מ-56 גרם שווה גם הוא ל-16%.
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 3: שטח בין הממוצע לערך (אחוז לא "עגול")
גובה צמח נוי: ממוצע 65 ס״מ. רבע מהצמחים גבוהים מ-75 ס״מ. מה ההסתברות שצמח אקראי גבוה מהממוצע אך נמוך מ-75 ס״מ?
שימו לב שכאן השתמשנו ב-50% של הצד הימני — ולא קראנו אחוזים מהשנתות, כי האחוז (רבע) אינו עגול.
שלב 1 — כמה מעל הממוצע
גובה של צמח נוי מתפלג נורמלית עם ממוצע 65 ס"מ. ידוע שרבע מהצמחים גבוהים מ-75 ס"מ. מהי ההסתברות (באחוזים, ללא %) לבחור באקראי צמח שגובהו מעל הממוצע אך נמוך מ-75 ס"מ?
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
דוגמה 4: מערכת שתי משוואות ממעלה ראשונה
ציוני מבחן ארצי מתפלגים נורמלית. 16% קיבלו ציון נמוך מ-60, ו-2% קיבלו ציון נמוך מ-52. מצאו את הממוצע ואת סטיית התקן.
שלב 1 — מתרגמים אחוז ראשון לשנתה
ציוני מבחן ארצי מתפלגים נורמלית (אחוזי הגרף: 19%, 15%, 9%, 5%, 2%). ידוע ש-16% מהנבחנים קיבלו ציון נמוך מ-60, ו-2% קיבלו ציון נמוך מ-52. מצאו את סטיית התקן של הציונים.
כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם
טעויות נפוצות
טעות נפוצה: מחברים מהשנתה הקרובה לממוצע במקום מהקצה
נמוך מ- ⟸ מהקצה: ⟸ שנתה (ולא , שהיתה נותנת רק ).
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: לא מזהים ערכים סימטריים ומחשבים מחדש
56 ו-68 במרחק 6 מ-, ולכן P(X<56)=P(X>68) מיד — בלי חישוב נוסף.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מחסירים מהאחוז הלא נכון בשטח שבין הממוצע לערך
— מחסירים מ-, לא מ-.
למה זה קורה?
איך מתקנים?
טעות נפוצה: מתרגמים אחוז לשנתה השגויה במערכת המשוואות
ו-; חיסור נכון נותן .
למה זה קורה?
איך מתקנים?
סיכום
מה למדנו?
בעיות הופכיות וסימטריה:
- בעיה הופכית: מאחוז לערך — מחברים מהקצה פנימה עד האחוז הנתון, מזהים את השנתה ומתרגמים ל-.
- סימטריה: ערכים במרחק שווה מהממוצע נותנים שטחים שווים: — קיצור דרך, גם לאחוזים לא עגולים.
- שטח בין הממוצע לערך: .
- אלגברה: משוואה ממעלה ראשונה (נעלם בודד) או מערכת שתי משוואות ב- וב-, נפתרת בחיסור.
בכך השלמנו את היחידה: זיהוי העקומה, קריאת הסתברויות מהגרף, והכיוון ההפוך עם סימטריה — כל הכלים לפתרון בעיות התפלגות נורמלית ברמת 3 יח"ל.
תרגול נוסף
עברו לתרגול כדי להתאמן בבעיות הופכיות ובשימוש בסימטריה של העקומה!