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高考申論題 109年 [農業技術] 試驗設計

第 一 題

📖 題組:
某文獻以變方分析表顯示六種不同生長調節劑對某作物產量影響之測試結果,根據此文獻之變方分析表回答下列問題: 變因 平方和 自由度 均方 F值 p-value 季節 197.00 3 65.67 9.12 0.001 生長調節劑 201.32 5 40.26 5.59 0.004 誤差 108.01 15 7.20 總和 506.33 23
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

說明上述變方分析表應該是採用何種試驗設計方法進行試驗得到的結果?各種生長調節劑處理的重複數為何?(5分)

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從變方分析表中觀察「變因」項目,包含「季節」、「生長調節劑」、「誤差」。這代表除了我們感興趣的處理(生長調節劑)外,研究者還將環境的某種異質性(季節)分離出來作為一個效應。這就是「隨機完全區集設計(RCBD)」的特徵,其中「季節」擔任區集(Block)的角色。計算重複數時,可以從季節的自由度反推,或是利用總自由度反推總觀察數,再除以處理數。

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【考點分析】 本題測驗對變方分析表來源模型之辨識能力,以及對試驗設計自由度構成的理解。 【理論/法規依據】

小題 (二)

若設定顯著水準為0.01,根據上述變方分析表測試結果,說明六種不同生長調節劑對作物產量是否有影響。(5分)

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這題送分題。你只需要看變方分析表中「生長調節劑」那一列的「p-value(機率值)」,將其與題目設定的顯著水準(alpha = 0.01)做比較。若 p-value < alpha,則表示結果顯著,應拒絕虛無假說,結論是有影響。

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【考點分析】 本題測驗如何根據變方分析表中的 p-value(顯著性機率)與給定的顯著水準($\alpha$)進行假設檢定與推論。 【理論/法規依據】

小題 (三)

六種生長調節劑處理下,作物產量平均值分別使用最小顯著差異法(least significant difference, LSD)及特奇公正顯著差異法(Tukey’s honest significant difference, HSD)進行兩兩均值比較結果如下表,據以說明六種不同生長調節劑中,對作物產量影響有顯著差異的所有兩兩組合。(5分) 平均值 LSD HSD 46.77(處理1) a a 44.03(處理2) ab ab 43.23(處理3) abc ab 40.62(處理4) bcd ab 39.51(處理5) cd b 38.28(處理6) d b

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這題考驗你是否懂得閱讀多重比較(Multiple Comparisons)的「字母標示法」。規則非常簡單:若兩個處理「沒有共享」相同的英文字母,則它們之間有顯著差異;若有任一相同字母(如 ab 與 bc 都含有 b),則無顯著差異。題目要求列出「有顯著差異的所有兩兩組合」,你需要分別針對 LSD 和 HSD,把字母完全不交集的配對挑出來寫下。

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【考點分析】 本題測驗事後多重比較(Post-hoc multiple comparisons)結果中「字母標示分群法」的判讀。核心觀念為:不具相同字母的處理組間,存在統計上的顯著差異。 【理論/法規依據】

小題 (四)

承上題,根據LSD與HSD兩種差異法之定義,說明兩種差異法各自適用的情境。(5分)

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這題考 LSD 與 HSD 在統計設計上的本質差異。關鍵在於「錯誤率(Type I Error)」的控制方式。LSD 不控制全實驗錯誤率(Experiment-wise error rate),它只控制單一比較的錯誤率,因此當比較次數多時,非常容易產生偽陽性。HSD 則是基於學生化全距分配,能嚴格控制全實驗錯誤率。因此,LSD 適合事前計畫好的少數比較,或是探索性初期;HSD 適合事後(Post-hoc)全面性的兩兩對比。

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【考點分析】 本題考查不同多重比較方法(LSD 與 Tukey's HSD)在控制「第一型錯誤率(Type I error rate)」機制上的差異,以及實務上的適用時機。 【理論/法規依據】

小題 (五)

下列由統計軟體製作的兩張圖,分別用於檢驗何種變方分析的基本假設?描述這兩項基本假設之定義,並根據製圖結果,說明兩項基本假設是否符合?(10分) (附圖為兩張圖,左圖為 Normal Q-Q plot,右圖為 Residuals 對 Treatment 的 Boxplot)
題目圖片

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看到圖形檢驗題,首先聯想 ANOVA 的三大基本假設(獨立性、常態性、變異數同質性)。Q-Q plot 用於檢驗「常態性」,看資料點是否貼合對角直線;分組殘差的 Boxplot 用於檢驗「變異數同質性」,觀察各組箱體範圍與離散程度是否相近。

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【破題】 本題測驗變方分析(ANOVA)基本假設之圖形檢驗方法,左圖為常態機率圖(Normal Q-Q plot),右圖為各處理之殘差箱型圖(Boxplot)。 【論述】

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