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Statistics · real student question

某數學班有一半的學生成就測驗考 92 分,除了少數幾位考 54 分之外,其餘學生考 73 分。關於這個分布,下列敘述何者正確?

Question

某數學班有一半的學生在成就測驗考了 9292 分。除了少數幾位考 5454 分之外,其餘學生都考 7373 分。關於分數的分布,下列何者正確?

A. 平均數大於眾數。
B. 平均數與中位數相同。
C. 平均數小於中位數。
D. 平均數大於中位數。

Step-by-step solution

  1. 先引入人數符號。 令班級人數 NN 為偶數:N2\tfrac{N}{2} 位學生考 9292 分,k≥1k \ge 1 位考 5454 分,N2−k\tfrac{N}{2} - k 位考 7373 分。把「少數幾位」當成未知數 kk 處理,可以讓論證對這個詞的每一種解讀都成立。

  2. 求中位數。 由小到大排列,前 kk 個值是 5454,接下來 N2−k\tfrac{N}{2} - k 個是 7373,最上面 N2\tfrac{N}{2} 個是 9292。因此第 N2\tfrac{N}{2} 個位置是 7373,第 N2+1\tfrac{N}{2}+1 個位置是 9292,所以

    中位數=73+922=82.5\text{中位數} = \frac{73 + 92}{2} = 82.5

    一樣與 kk 無關。

  3. 計算平均數。

    平均數=92⋅N2+54k+73(N2−k)N=82.5N−19kN=82.5−19kN\text{平均數} = \frac{92\cdot\tfrac{N}{2} + 54k + 73\left(\tfrac{N}{2} - k\right)}{N} = \frac{82.5N - 19k}{N} = 82.5 - \frac{19k}{N}

  4. 比較兩者。 當 k≥1k \ge 1 時,修正項 −19kN-\tfrac{19k}{N} 嚴格為負:

    平均數=82.5−19kN<82.5=中位數\text{平均數} = 82.5 - \frac{19k}{N} < 82.5 = \text{中位數}

    這個分布是左偏的 — 一小段遠低於主體的尾巴把平均數往下拉,卻沒有移動中位數。選項 C 正確。

  5. 檢查其他選項。 B 錯,因為平均數嚴格低於 82.582.5。D 把不等號寫反了。A 也錯:眾數是 9292(半個班),而平均數至多是 82.582.5,所以平均數小於眾數,不是大於。

  6. 用數字驗證。 N=20N = 20、k=3k = 3:十個 9292、三個 5454、七個 7373,平均數 920+162+51120=79.65\tfrac{920 + 162 + 511}{20} = 79.65,中位數 82.582.5。N=100N = 100、k=7k = 7:平均數 81.1781.17,中位數 82.582.5。兩者都與 82.5−19kN82.5 - \tfrac{19k}{N} 一致。

Answer

C. 平均數小於中位數(平均數=82.5−19kN, 中位數=82.5)\text{C. 平均數小於中位數}\quad\left(\text{平均數} = 82.5 - \tfrac{19k}{N},\ \text{中位數} = 82.5\right)

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