测定黄铁矿中硫的质量分数,6 次测定结果分别为 30.48%、30.42%、30.59%、30.51%、30.56%、30.49%,计算置信度为 95% 时总体平均值的置信区间。
测定黄铁矿中硫的质量分数,6 次测定结果分别为 30.48%、30.42%、30.59%、30.51%、30.56%、30.49%,计算置信度为 95% 时总体平均值的置信区间。
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查小样本均值的置信区间计算,涉及平均值、标准差、t分布的应用。
解题核心思路:
- 计算样本平均值,确定总体均值的点估计。
- 计算样本标准差,反映数据离散程度。
- 根据置信度95%和自由度(n-1)查t值表。
- 结合标准差、样本量和t值,计算标准误差和置信区间半宽。
破题关键点:
- 小样本使用t分布而非z分布。
- 样本标准差需除以n-1(无偏估计)。
- 自由度为n-1,直接影响t值的选择。
1. 计算样本平均值
测定结果为:30.48%、30.42%、30.59%、30.51%、30.56%、30.49%
平均值为:
$\bar{x} = \frac{30.48 + 30.42 + 30.59 + 30.51 + 30.56 + 30.49}{6} = 30.51\%$
2. 计算样本标准差
每个数据与平均值的差的平方和为:
$\begin{align*}(30.48-30.51)^2 &= 0.0009 \\(30.42-30.51)^2 &= 0.0081 \\(30.59-30.51)^2 &= 0.0064 \\(30.51-30.51)^2 &= 0 \\(30.56-30.51)^2 &= 0.0025 \\(30.49-30.51)^2 &= 0.0004 \\\end{align*}$
总和为 $0.0009 + 0.0081 + 0.0064 + 0 + 0.0025 + 0.0004 = 0.0183$
样本方差为:
$s^2 = \frac{0.0183}{6-1} = 0.00366$
样本标准差为:
$s = \sqrt{0.00366} \approx 0.0605\%$
3. 确定t值
自由度 $df = n-1 = 5$,置信度95%对应双侧t值为 2.571(查t分布表)。
4. 计算标准误差
$SE = \frac{s}{\sqrt{n}} = \frac{0.0605}{\sqrt{6}} \approx 0.0247\%$
5. 计算置信区间半宽
$\text{半宽} = t \cdot SE = 2.571 \cdot 0.0247 \approx 0.0634\%$
6. 最终置信区间
$\bar{x} \pm \text{半宽} = 30.51\% \pm 0.06\%$