מציאת ממוצע וסטיית תקן מתוך נתונים

30%
📖שיעור
50 דקות

מציאת ממוצע וסטיית תקן מתוך נתונים

נלמד לקרוא את האחוזים הקבועים שמתחת לעקומת ההתפלגות הנורמלית, לסמן את השנתות (μ,μ±σ,μ±2σ)(\mu , \mu \pm \sigma , \mu \pm 2\sigma ), ולמצוא מהם את הממוצע ואת סטיית התקן באמצעות משוואה ממעלה ראשונה או מערכת של שתי משוואות.

מציאת ממוצע וסטיית תקן מתוך נתונים

מבוא

מטרות השיעור

  • להכיר את צורת עקומת ההתפלגות הנורמלית ואת הסימטריה שלה ביחס לממוצע
  • לזכור את האחוזים הקבועים שמתחת לעקומה: כ- בין הממוצע לסטיית תקן, כ- בין סטיית תקן אחת לשתיים, וכ- בקצה
  • לסמן את השנתות על ציר ה-x:
  • לתרגם נתון של אחוז אוכלוסייה לשנתה על הגרף (למשל: מתחת ל-)
  • למצוא את הממוצע ו/או את סטיית התקן באמצעות משוואה ממעלה ראשונה או מערכת של שתי משוואות

הרעיון המרכזי

עקומת ההתפלגות הנורמלית והאחוזים שמתחתיה

תופעות רבות בטבע ובחברה — גבהים, משקלים, ציוני מבחן, שכר — מתפלגות בקירוב לפי עקומה נורמלית: עקומה סימטרית בצורת פעמון, עם שיא יחיד מעל הממוצע ודעיכה מהירה לשני הצדדים. רוחב הפעמון נקבע על ידי סטיית התקן : ככל ש- גדולה יותר, הפעמון רחב ושטוח יותר.

מסמנים על ציר ה-x שנתות במרחקים של סטיות תקן שלמות מהממוצע: האחוזים שבין השנתות קבועים בכל התפלגות נורמלית:

  • בין הממוצע לבין : כ- (וכך גם בצד השני, בין לממוצע)
  • בין לבין : כ-
  • מעל (בקצה): כ-

אחוזים מצטברים — לזכור בעל-פה

מצירוף האחוזים נקבל את האחוזים המצטברים — כמה אחוז מהאוכלוסייה נמצא משמאל לכל שנתה. אלה הערכים שנשתמש בהם שוב ושוב:

בגלל הסימטריה, האחוז שמעל שנתה משלים ל- את האחוז שמתחתיה. למשל מעל נמצאים .

האסטרטגיה: מאחוז לשנתה למשוואה

כשנתון לנו אחוז אוכלוסייה הקטן/גדול מערך מסוים, נשאל לאיזו שנתה הוא מתאים, ונכתוב משוואה:

  1. אחוז של ⟸ הערך הוא הממוצע .
  2. אחוז של מתחת (או מעל) ⟸ הערך הוא .
  3. אחוז של מתחת (או מעל) ⟸ הערך הוא .
  4. אחוז של מתחת (או מעל) ⟸ הערך הוא .
  5. אחוז של מתחת ⟸ הערך הוא .

אם נתון מדד אחד (ממוצע או סטיית תקן) — נקבל משוואה אחת ממעלה ראשונה. אם נתונים שני אחוזים ושני המדדים חסרים — נקבל מערכת של שתי משוואות ממעלה ראשונה.


דוגמאות מפורטות

דוגמה 1: סימון השנתות על הגרף

ציוני מבחן מתפלגים נורמלית עם ממוצע 68 וסטיית תקן 8. אילו ערכים יש לסמן בשנתות μ2σ\mu -2\sigma עד μ+2σ\mu +2\sigma?

1

שלב 1 — כותבים את הנתונים

הממוצע μ=68\mu = 68, סטיית התקן σ=8\sigma = 8.
בדיקה מהירה

בהתפלגות נורמלית, איזה אחוז מהאוכלוסייה מקבל ערך הנמוך מהממוצע?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם

תשובה מספרית

אורך כותרות הכותרת של פרחים מתפלג נורמלית עם ממוצע 70 מ"מ וסטיית תקן 5 מ"מ. מהו האורך (במ"מ) שנמצא במרחק של שתי סטיות תקן מעל הממוצע?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 2: מציאת ממוצע ממשוואה אחת

ציונים מתפלגים נורמלית עם סטיית תקן 8. 84% מהציונים נמוכים מ-80. מהו הממוצע?

1

שלב 1 — מתרגמים את האחוז לשנתה

84% מהערכים נמוכים מ-μ+σ\mu +\sigma. לכן הערך 80 הוא בדיוק μ+σ\mu +\sigma.

דוגמה 3: מציאת סטיית תקן ממשוואה אחת

משקל ביצים מתפלג נורמלית עם ממוצע 62 גרם. 16% מהביצים כבדות ומשקלן מעל 68 גרם. מהי סטיית התקן?

1

שלב 1 — מתרגמים את האחוז לשנתה

16% מהערכים גבוהים מ-μ+σ\mu +\sigma. לכן הערך 68 הוא μ+σ\mu +\sigma.
תשובה מספרית

משקל ביצים בלול מתפלג נורמלית עם ממוצע 62 גרם. 16% מהביצים כבדות ומשקלן מעל 68 גרם. מהי סטיית התקן של משקל הביצים (בגרמים)?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


דוגמה 4: מערכת של שתי משוואות — מציאת ממוצע וסטיית תקן

תנובת חלב יומית מתפלגת נורמלית. 16% מהפרות מניבות פחות מ-20 ליטר, ו-2% מניבות פחות מ-10 ליטר. מצאו μ\mu ו-σ\sigma.

1

שלב 1 — שתי שנתות, שתי משוואות

16% מתחת ל-μσ20=μσ.2%\mu -\sigma ⟸ 20 = \mu - \sigma . 2\% מתחת ל-μ2σ10=μ2σ\mu -2\sigma ⟸ 10 = \mu - 2\sigma.
תשובה מספרית

תנובת החלב היומית של פרות מתפלגת נורמלית. 16% מהפרות מניבות פחות מ-20 ליטר, ו-2% מהפרות מניבות פחות מ-10 ליטר. מהו הממוצע (בליטרים) של התנובה היומית?

כדי לבדוק, סמנו או הקלידו תשובה קודם


טעויות נפוצות

טעות נפוצה: מבלבלים בין האחוז שבין שנתות לבין האחוז המצטבר

טעות: " מתחת ל-80, אז ."

נכון: מתחת מתאים לשנתה , ולכן .

למה זה קורה?

זוכרים את המספר 34% אבל מצמידים אותו לאחוז המצטבר עד μ+σ\mu +\sigma במקום לאחוז שבין μ\mu ל-μ+σ\mu +\sigma.

איך מתקנים?

34% הוא רק הפרוסה שבין הממוצע לשנתה הסמוכה. האחוז המצטבר עד μ+σ\mu +\sigma הוא 50%+34%=84%50\%+34\% = 84\%.

טעות נפוצה: מניחים ש-σ\sigma שווה למרחק בין שתי השנתות הנתונות

בדוגמת החלב המרחק בין 20 ל-10 הוא 10, וכאן הוא אכן שווה ל- — אבל רק מפני ששתי השנתות ( ו-) מרוחקות סטיית תקן אחת זו מזו. אם השנתות היו ו-, ההפרש היה .

למה זה קורה?

לא בודקים כמה סטיות תקן מפרידות בין שתי השנתות.

איך מתקנים?

בדקו לאיזו שנתה מתאים כל ערך (μ±σ,μ±2σ)(\mu \pm \sigma , \mu \pm 2\sigma ), וחסרו את שתי המשוואות. ההפרש שמתקבל הוא σ\sigma, לא בהכרח המרחק הנתון.

טעות נפוצה: מזהים 16% עם שתי סטיות תקן מתחת לממוצע

טעות: " מתחת ל-20, אז ."

נכון: מתחת מתאים ל-, ולכן .

למה זה קורה?

מבלבלים בין 16% ל-2%.

איך מתקנים?

זכרו: 16% מתחת ל-μσ(\mu -\sigma (סטיית תקן אחת), ו-2% מתחת ל-μ2σ(\mu -2\sigma (שתי סטיות תקן).

סיכום

מה למדנו?

מציאת ממוצע וסטיית תקן מנתונים:

  1. עקומת ההתפלגות הנורמלית סימטרית ביחס לממוצע, והאחוזים שמתחתיה קבועים: / / .
  2. האחוזים המצטברים החשובים: בשנתות .
  3. מתרגמים כל אחוז נתון לשנתה, וכותבים משוואה ממעלה ראשונה.
  4. אם חסרים שני מדדים ויש שני אחוזים — פותרים מערכת של שתי משוואות (לרוב בחיסור).

זכרו: תמיד לבדוק לאיזו שנתה מתאים האחוז לפני שכותבים משוואה, ולסיים בבדיקה.

בשיעור הבא נגדיר את ציון התקן — כלי שמודד את מרחקו של ערך מהממוצע ביחידות של סטיית תקן.


תרגול נוסף

עברו לתרגול כדי להתאמן על סימון שנתות ועל מציאת ממוצע וסטיית תקן מתוך נתונים!

תרגול