回歸分析的初步應用

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中數(shù)學 來源: 高中學習網(wǎng)

 

 

  一、教學目標

  a) 知識與技能

*能根據(jù)散點分布特點,建立不同的回歸模型。

*知道有些非線性模型通過變換可以轉(zhuǎn)化為線性回歸模型。

*通過散點圖及相關指數(shù)比較體驗不同模型的擬合效果。

  b) 過程與方法

*通過將非線性模型轉(zhuǎn)化為線性回歸模型,使學生體會“轉(zhuǎn)化”的思想。

*讓學生經(jīng)歷數(shù)據(jù)處理的過程,培養(yǎng)他們對數(shù)據(jù)的直觀感覺,體會統(tǒng)計方法的特點,認識統(tǒng)計方法的應用。

*通過使用轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù),利用計算器求相關指數(shù),使學生體會使用計算器處理數(shù)據(jù)的方法。

  c) 情感、態(tài)度與價值觀

*從實際問題中發(fā)現(xiàn)已有知識不足,激發(fā)好奇心、求知欲。

*通過尋求有效的數(shù)據(jù)處理方法,開闊學生的思路,培養(yǎng)學生的探索精神和轉(zhuǎn)化能力。

*通過案例的分析,使學生了解回歸分析在生活實際中的應用,增強數(shù)學“取之生活,用于生活”的意識,提高學習興趣。

  二.教學重點、難點

*重點:通過探究使學生體會有些非線性模型運用等量變換、對數(shù)變換可以轉(zhuǎn)化為線性回歸模型。

*難點:如何啟發(fā)學生“對變量作適當?shù)淖儞Q(等量變換、對數(shù)變換)”,變非線性為線性,建立線性回歸模型。

  三、教學過程設計

項  目

內(nèi)    容

師生活動

設計意圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一、

 

創(chuàng)

 

 

 

1、你能回憶一下建立回歸模型的基本步驟嗎?

師:提出問題,引導學生回憶建立回歸模型的基本步驟(選變量、畫散點圖、選模型、估計參數(shù)、分析和預測)。

生:回憶、敘述建立回歸模型的基本步驟。

復習建立線性回歸模型的基本步驟,為建議非線性模型做準備。

2、背景介紹:

紅鈴蟲喜高溫高濕,適宜各蟲態(tài)發(fā)育的溫度為 25一32C,相對濕度為80%一100%,低于 20C和高于35C卵不能孵化,相對濕度60% 以下成蟲不產(chǎn)卵。冬季月平均氣溫低于一4.8 ℃時,紅鈴蟲就不能越冬而被凍死。

師:通過“紅鈴蟲”的背景介紹,指出其發(fā)生受溫度的影響,為采取有效防治方法,有必要研究紅鈴蟲的產(chǎn)卵數(shù)和溫度之間的關系,揭示課題。

生:閱讀材料,了解紅鈴蟲,以及其產(chǎn)卵數(shù)和溫度有關系。

通過背景材料,加深學生對問題的理解,并明白“為什么要學”。體會問題產(chǎn)生于生活。同時激發(fā)學習興趣,提高學習的積極性。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二、

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1、例2.現(xiàn)收集了一只紅鈴蟲的產(chǎn)卵數(shù)y和溫度x之間的7組觀測數(shù)據(jù)列于下表:

溫度xoC

21

23

25

27

29

32

35

產(chǎn)卵數(shù)y/個

7

11

21

24

66

115

325

(1)試建立y與x之間的回歸方程;并預測溫度為28oC時產(chǎn)卵數(shù)目。

(2)你所建立的模型中溫度在多大程度上解釋了產(chǎn)卵數(shù)的變化?

探究:

方案1(學生實施):

(1)選擇變量,畫散點圖。

(2)通過計算器求得線性回歸方程:=19.87x-463.73

(3)進行回歸分析和預測:

R2=r2≈0.8642=0.7464

預測當氣溫為28 時,產(chǎn)卵數(shù)為92個。這個線性回歸模型中溫度解釋了74.64%產(chǎn)卵數(shù)的變化。

困惑:隨著自變量的增加,因變量也隨之增加,氣溫為28 時,估計產(chǎn)卵數(shù)應該低于66個,但是從推算的結(jié)果來看92個比66個卻多了26個,是什么原因造成的呢?

方案2:

(1)找到變量t=x 2,將y=bx2+a轉(zhuǎn)化成y=bt+a;

(2)利用計算器計算出y和t的線性回歸方程:y=0.367t-202.54

(3)轉(zhuǎn)換回y和x的模型:

     y=0.367x2 -202.54

(4)計算相關指數(shù)R2≈0.802這個回歸模型中溫度解釋了80.2%產(chǎn)卵數(shù)的變化。

預測:當氣溫為28 時,產(chǎn)卵數(shù)為85個。

困惑:比66還多19個,是否還有更適合的模型呢?

方案3:

(1)作變換z=lgy,將轉(zhuǎn)化成z=c2x+lgc1(線性模型)。

(2)利用計算器計算出z和x的線性回歸方程:     z=0.118x-1.672

(3)轉(zhuǎn)換回y和x的模型:

(4)計算相關指數(shù)R2≈0.985這個回歸模型中溫度解釋了98.5%產(chǎn)卵數(shù)的變化。

預測:當氣溫為28 時,產(chǎn)卵數(shù)為4 2個。

師:給出數(shù)據(jù),讓學生分析兩個變量的關系。

生:類比前面所學過的建立線性回歸模型的步驟,動手實施方案1。

 

師:引導學生分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)問題。

生:檢查結(jié)果,聯(lián)系實際發(fā)現(xiàn)問題。

探究一:

師:引導學生將所得散點圖和學過的函數(shù)圖像比較,猜想產(chǎn)卵數(shù)y和溫度x的可以用什么函數(shù)擬合?

生:通過比較,發(fā)現(xiàn)接近于指數(shù)關系,也像二次函數(shù)關系。

師:通過計算機擬合,直觀判斷所選模型。鼓勵學生繼續(xù)探索。

生:經(jīng)過討論建立模型:

y=bx2+a,

探究二(方案2):

師:提出問題“如何求參數(shù)a、b?”可引導學生觀察、比較表達式y(tǒng)=bx2+a和y=bx+a。

生:通過比較,發(fā)現(xiàn)可利用

t=x2,將y=bx2+a(二次函數(shù))轉(zhuǎn)化成y=bt+a(一次函數(shù))。

師:提醒學生再檢查結(jié)果。

生:產(chǎn)生新的問題。

探究三(方案3):

師:提出問題“如果選用指數(shù)模型,是否也能轉(zhuǎn)換成線性模型,如何轉(zhuǎn)化?”(1)利用對數(shù)降冪法(教師可啟發(fā)學生思考“冪指數(shù)中的自變量如何轉(zhuǎn)化為自變量的一次冪?”可引導學生回憶對數(shù)的運算性質(zhì)以及指對數(shù)關系。)。

(2)在計算中發(fā)現(xiàn)只有以10或e為底,才能直接運用計算器。

引導學生對結(jié)果進行分析,從而發(fā)現(xiàn)已有知識不足,激發(fā)好奇心、求知欲。同時培養(yǎng)學生對問題的洞悉能力,增強對結(jié)果的敏感自檢能力。

 

通過聯(lián)想、比較,運用已有知識尋找解決問題的方法。

 

二次函數(shù)和一次函數(shù)比較接近,所以先建立二次函數(shù)模型。

 

 

通過比較,尋找轉(zhuǎn)化的途徑,突破難點。

 

步步推進,引發(fā)另一高潮。

 

 

再次體會“轉(zhuǎn)化”

 

課堂上選用以10為底,讓學生親自體會可以選用不同的底。

 

經(jīng)歷動手體驗,感受“轉(zhuǎn)化”以及使用統(tǒng)計方法處理數(shù)據(jù)的過程。能利用計算器熟練進行相關計算。

2、比較例2的三個模型。

師:以上三個模型,哪個能更好的刻畫紅鈴蟲的產(chǎn)卵數(shù)y 和溫度x的關系?(可引導學生從散點圖、相關指數(shù)兩種方法進行比較。)

生:進行比較后獲得指數(shù)模型更好。

引導學生進行不同模型的比較。體會“雖然任意兩個變量的觀測數(shù)據(jù)都可以用線性回歸模型來擬合,但不能保證這種模型對數(shù)據(jù)的擬合效果最好,為更好的刻畫兩個變量之間的關系,要根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的特點來選擇回歸模型”

 

 

三、練

 

選修1-2:P13 3

或選修2-3: P104 3

 

生:自主思考,探究解題思路。

師:針對學生的解答強化或給予肯定。

使學生掌握解決這類問題的方法。

 

 

四、

 

 

結(jié)

      

(1)如何發(fā)現(xiàn)兩個變量的關系?

(2)當選用非線性回歸模型時,如何建立模型?

 

(3)如何比較不同模型的擬合效果?

師:提出問題,引導學生回顧例2的思路。

生:獨立思考,總結(jié)從例2中獲得的啟發(fā):可以從散點圖直觀發(fā)現(xiàn)關系;選用非線性回歸模型時,往往要用“等量變換、對數(shù)變換”等方法,轉(zhuǎn)化成線性回歸模型;可以利用相關指數(shù)比較模型。

讓學生整理建立非線性回歸模型的思路。

 

五、作業(yè)

1、某種書每冊的成本費y(元)與印刷冊數(shù)x(千冊)有關,經(jīng)統(tǒng)計得到數(shù)據(jù)如下:

x

1

2

3

4

5

y

10.15

5.52

4.08

2.85

2.11

x

6

7

8

9

10

y

1.62

1.41

1.30

1.21

1.15

 

(1)畫出散點圖;

(2)求成本費y(元)與印刷冊數(shù)x(千冊)的回歸方程。

 

2、通過互聯(lián)網(wǎng)收集1993年至2003年每年中國人口總數(shù)的數(shù)據(jù),建立人口與年份的關系,預測2004和2005年的人口總數(shù),并計算與實際數(shù)據(jù)的誤差。

生:自己收集資料,自主完成作業(yè)。

使學生“學以致用”利用已有知識解決實際問題,增強學習數(shù)學的興趣

 

  四、教學設計說明:

高中新課程中增加了有關統(tǒng)計學初步的內(nèi)容,先后出現(xiàn)在必修3和選修1-2(文科)、選修2-3(理科)!稊(shù)學3》中的“統(tǒng)計”一章,給出了運用統(tǒng)計的方法解決問題的思路!熬性回歸分析”是其介紹的一種分析整理數(shù)據(jù)的方法。在這一章中,學習了如何畫散點圖、利用最小二乘法的思想利用計算器求回歸直線方程、利用回歸直線方程進行預報等內(nèi)容。然而在大量的實際問題中,兩個變量不一定都呈線性相關關系,他們可能呈指數(shù)關系或?qū)?shù)關系等非線性關系,本課時就是在學習了如何建立線性回歸模型的基礎上,探索如何建立非線性關系的回歸模型。

這個內(nèi)容在人教A版教材中只安排了一道關于“紅鈴蟲”的例題,但是它卻代表了一種“回歸分析”的類型。如何利用這道例題使學生掌握這類問題的解決方法呢?為此,我設計了“引導發(fā)現(xiàn)、合作探究”的教學方法。首先展示“紅鈴蟲”的背景資料來激發(fā)學生的學習興趣;鼓勵學生用已有知識解決問題,引導學生檢查結(jié)果從而發(fā)現(xiàn)新問題;通過分組合作來對不同方案進行探索;使學生在合作探索的過程中體會“選擇模型——將非線性轉(zhuǎn)化成線性……”方法,體會“化未知為已知、用已知探索未知”思想,同時認識不同模型的效果。培養(yǎng)學生觀察、類比聯(lián)想,以及分析問題的能力。在教學過程中讓學生自主探索、動手實踐,養(yǎng)成獨立思考、積極探索的習慣。

在“選模型”這個環(huán)節(jié)中,我引導將散點分布和已學函數(shù)圖像進行比較,從而發(fā)現(xiàn)二次函數(shù)和指數(shù)函數(shù)模型。在“轉(zhuǎn)化”這個環(huán)節(jié)中,通過引導學生觀察所選模型,聯(lián)系已學知識選擇“等量變換和對數(shù)變換”,從而找到轉(zhuǎn)化的途徑。在運算過程中,如求“相關指數(shù)”我引導學生使用轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù),利用計算器求其相關系數(shù)即為相關指數(shù),使學生體會使用計算器處理數(shù)據(jù)的方法和技能。


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