【单选题】一组数据的标准分数其()A. 平均数为 1 ,方差为 0B. 平均数为 0 ,方差为 1C. 平均数为 0 ,方差为 0D. 平均数为 1 ,方差为 1
A. 平均数为 1 ,方差为 0
B. 平均数为 0 ,方差为 1
C. 平均数为 0 ,方差为 0
D. 平均数为 1 ,方差为 1
题目解答
答案
解析
标准分数(Z分数)是将原始数据转化为均值为0、方差为1的数据的过程。其核心公式为:
$Z = \frac{X - \mu}{\sigma}$
其中,$\mu$ 是原始数据的平均数,$\sigma$ 是标准差。
关键点在于理解标准化后数据的性质:
- 平均数为0:标准化消除了原始数据的位置(均值),使新数据围绕0对称。
- 方差为1:标准化消除了原始数据的尺度(标准差),使数据波动幅度统一。
标准分数的平均数
设原始数据的平均数为 $\mu$,标准差为 $\sigma$,则标准分数为:
$Z_i = \frac{X_i - \mu}{\sigma}$
计算标准分数的平均数:
$\bar{Z} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n Z_i = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \frac{X_i - \mu}{\sigma} = \frac{1}{\sigma} \left( \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i - \mu \right)$
由于 $\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n X_i = \mu$,因此 $\bar{Z} = 0$。
标准分数的方差
方差计算公式为:
$\text{Var}(Z) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (Z_i - \bar{Z})^2$
代入 $\bar{Z} = 0$ 和 $Z_i = \frac{X_i - \mu}{\sigma}$:
$\text{Var}(Z) = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n \left( \frac{X_i - \mu}{\sigma} \right)^2 = \frac{1}{\sigma^2} \cdot \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \mu)^2$
其中 $\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (X_i - \mu)^2 = \sigma^2$,因此 $\text{Var}(Z) = \frac{\sigma^2}{\sigma^2} = 1$。