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地特四等申論題 109年 [教育行政] 教育測驗與統計概要

第 一 題

📖 題組:
請利用變異數的特性,回答下列問題:
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

假設有N位受試者,每個人各有兩個測量變項(X與Y)的分數,已知其中的X變項的平均數為10分、變異數為36分,Y變項的平均數為12分、變異數為16分,X變項與Y變項之間的相關係數為0.25。請問:若把每位受試者的這兩個變項分數先相加,使之成為一個合併變項分數,那麼,此合併變項分數的變異數是多少分?(8分)

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看到求合併變項的變異數,應立刻聯想線性組合變異數公式:S²(X+Y) = S²(X) + S²(Y) + 2Cov(X,Y)。接著利用題目給的相關係數與變異數,先求出兩變數的標準差及共變數,再代入公式即可求解;題目中給的平均數為干擾資訊,計算變異數時不需要用到。

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【解題關鍵】利用兩變數線性組合的變異數公式:$S_{X+Y}^2 = S_X^2 + S_Y^2 + 2Cov(X,Y)$,以及共變數與相關係數的轉換公式:$Cov(X,Y) = r_{XY} \times S_X \times S_Y$。 【解答】 Step 1:計算 $X$ 與 $Y$ 變項的標準差

小題 (二)

承上一題,若把每位受試者的這兩個變項分數先相減,使之成為一個合併變項分數,那麼,此合併變項分數的變異數是多少分?(8分)

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看到計算兩個變項相減後的變異數,應立刻聯想「線性組合的變異數公式」。關鍵在於不能只將兩變異數相加減,必須考慮兩變項間的共變關係(Covariance),公式為 Var(X-Y) = Var(X) + Var(Y) - 2Cov(X,Y)。

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【解題關鍵】利用變數線性組合的變異數公式:$Var(X-Y) = Var(X) + Var(Y) - 2Cov(X,Y)$。 【解答】 計算:

小題 (三)

承上一題,如果把每位受試者的X變項都各加4分的話,則新的X變項的變異數是多少分?(5分)

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看到「全體受試者分數加減常數」並求新變異數時,應立即聯想變異數的「線性轉換特性」。利用公式 Var(aX+b) = a²Var(X) 即可判定,單純加減常數(平移)不會改變資料的分散程度,故變異數維持不變。

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【解題關鍵】變異數的線性轉換特性:資料全體加上或減去一常數,不會改變其變異數(資料的離散程度)。 【解答】 計算與推導:

小題 (四)

承上一題,如果把每位受試者的Y變項都各乘4分的話,則新的Y變項的變異數是多少分?(4分)

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本題測驗「資料線性轉換對統計量的影響」。看到題目應立即聯想到變異數的特性公式:$Var(aY+b) = a^2 \times Var(Y)$,當所有數值同乘一個常數時,變異數會放大該常數的「平方倍」。

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【解題關鍵】線性轉換之變異數特性:$Var(aY+b) = a^2 \times Var(Y)$。 【解答】 已知:新變項為原 Y 變項的 4 倍,即 $Y_{new} = 4Y$。

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