अध्याय 13 सांख्यिकीय अतिरिक्त अभ्यास
अध्याय 13 पर अतिरिक्त अभ्यास
1. आठ प्रेक्षणों के माध्य और विचलन क्रमशः $9$ और $9.25$ हैं। यदि छह प्रेक्षण $6,7,10,12,12$ और $13$ हैं, तो दो शेष प्रेक्षण ज्ञात कीजिए।
उत्तर दिखाएँ
उत्तर :
मान लीजिए शेष दो प्रेक्षण $x$ और $y$ हैं।
इसलिए, प्रेक्षण $6,7,10,12,12,13, x, y$ हैं।
माध्य, $\bar{{}x}=\dfrac{6+7+10+12+12+13+x+y}{8}=9$
$\Rightarrow 60+x+y=72$
$\Rightarrow x+y=12\qquad\ldots(1)$
विचलन $=9.25=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{8}(x_i-\bar{{}x})^{2}$
$9.25=\dfrac{1}{8}\big[(-3)^{2}+(-2)^{2}+(1)^{2}+(3)^{2}+(3)^{2}+(4)^{2}+x^{2}+y^{2}-2 \times 9(x+y)+2 \times(9)^{2}\big]$
$9.25=\dfrac{1}{8}\big[9+4+1+9+9+16+x^{2}+y^{2}-18(12)+162\big]\qquad$ $\big[$ उपयोग करते हुए $(1)\big]$
$9.25=\dfrac{1}{8}\big[48+x^{2}+y^{2}-216+162\big]$
$9.25=\dfrac{1}{8}\big[x^{2}+y^{2}-6\big]$
$\Rightarrow x^{2}+y^{2}=80\qquad\ldots(2)$
समीकरण $(1)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$x^{2}+y^{2}+2 x y=144 \qquad\ldots(3)$
समीकरण $(2)$ और $(3)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$2 x y=64\qquad\ldots(4)$
समीकरण $(4)$ को समीकरण $(2)$ से घटाने पर, हम प्राप्त करते हैं
$x^{2}+y^{2} - 2 x y=80-64=16$
$\Rightarrow (x-y)^2=16$
$\Rightarrow x- y=\pm 4\qquad\ldots(5)$
इसलिए, समीकरण $(1)$ और $(5)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$x=8$ और $y=4$, जब $x - y=4$
$x=4$ और $y=8$, जब $x - y=a- 4$
इसलिए, शेष प्रेक्षण $4$ और $8$ हैं।
2. सात प्रेक्षणों के माध्य और विचलन क्रमशः $8$ और $16$ हैं। यदि पांच प्रेक्षण $2, 4, 10, 12, 14$ हैं, तो दो शेष प्रेक्षण ज्ञात कीजिए।
उत्तर दिखाएँ
उत्तर :
मान लीजिए शेष दो प्रेक्षण $x$ और $y$ हैं।
प्रेक्षण $2, 4, 10, 12, 14,$ $x, y$ हैं।
माध्य, $\bar{{}x}=\dfrac{2+4+10+12+14+x+y}{7}=8$
$\Rightarrow 56=42+x+y$
$\Rightarrow x+y=14\qquad\ldots(1)$
विचलन $=16=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{7}(x_i-\bar{{}x})^{2}$
$16=\dfrac{1}{7}\big[(-6)^{2}+(-4)^{2}+(2)^{2}+(4)^{2}+(6)^{2}+x^{2}+y^{2}-2 \times 8(x+y)+2 \times(8)^{2}\big]$
$16=\dfrac{1}{7}\big[36+16+4+16+36+x^{2}+y^{2}-16(14)+2(64)\big]\qquad$ $…\big[$ उपयोग करते हुए $(1)\big]$
$16=\dfrac{1}{7}\big[108+x^{2}+y^{2}-224+128\big]$
$16=\dfrac{1}{7}\big[12+x^{2}+y^{2}\big]$
$\Rightarrow x^{2}+y^{2}=112-12=100$
$\Rightarrow x^{2}+y^{2}=100\qquad\ldots(2)$
$(1)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$x^{2}+y^{2}+2 x y=196 \qquad\ldots(3)$
$(2)$ और $(3)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$2 x y=196$ $- 100$
$\Rightarrow 2 x y=96 \qquad\ldots (4)$
$(4)$ को $(2)$ से घटाने पर, हम प्राप्त करते हैं
$x^{2}+y^{2} - 2 x y=100 - 96$
$\Rightarrow(x - y)^{2}=4$
$\Rightarrow x - y=\pm 2 \qquad\ldots (5)$
इसलिए, $(1)$ और $(5)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$x=8$ और $y=6$ जब $x- y=2$
$x=6$ और $y=8$ जब $x- y=- {2}$
इसलिए, बचे हुए अवलोकन $6$ और $8$ हैं।
3. छह अवलोकनों का औसत और मानक विचलन क्रमशः $8$ और $4$ है। यदि प्रत्येक अवलोकन को $3$ से गुणा कर दिया जाए, तो परिणामी अवलोकनों का नया औसत और नया मानक विचलन ज्ञात कीजिए।
उत्तर दिखाएं
Answer :
मान लीजिए अवलोकन $x_1, x_2, x_3, x_4, x_5$, और $x_6$ हैं
दिया गया है कि औसत $8$ और मानक विचलन $4$ है।
औसत, $\bar{{}x}=\dfrac{x_1+x_2+x_3+x_4+x_5+x_6}{6}=8$
यदि प्रत्येक अवलोकन को $3$ से गुणा कर दिया जाए और परिणामी अवलोकन $y_i$ हों, तो
$y_i=3 x_i {\text{, अर्थात }} x_i=\dfrac{1}{3} y_i$, $i=1$ से $6$ तक
$\therefore \ \ $ नया औसत, $\bar{{}y}=\dfrac{y_1+y_2+y_3+y_4+y_5+y_6}{6}$
$ \begin{aligned} & \hspace{2.1cm}=\dfrac{3(x_1+x_2+x_3+x_4+x_5+x_6)}{6} \\ &\hspace{2.1cm} =3 \times 8 \\ &\hspace{1.9cm}\bar{y} =24\qquad \ldots(1) \end{aligned} $
मानक विचलन, $\sigma=\sqrt{\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{6}(x_i-\bar{{}x})^{2}}$
$\therefore \ \ (4)^{2}=\dfrac{1}{6} \sum _{j=1}^{6}(x_i-\bar{{}x})^{2} $
$\sum _{i=1}^{6}(x_i-\bar{{}x})^{2}=96 \qquad \ldots{(2)}$
$(1)$ और $(2)$ से, यह देखा जा सकता है कि,
$ \begin{aligned} & \bar{{}y}=3 \bar{{}x} \\ \\ & \bar{{}x}=\dfrac{1}{3} \bar{{}y} \end{aligned} $
$(2)$ में $x_i$ और $\bar{x}^{-}$ के मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं
$ \begin{aligned} & \sum _{i=1}^{6}\left(\dfrac{1}{3} y_i-\dfrac{1}{3} \bar{{}y}\right)^{2}=96 \\ \\ & \Rightarrow \sum _{i=1}^{6}(y_i-\bar{{}y})^{2}=864 \end{aligned} $
इसलिए, नए प्रेक्षणों के विचरण $=\left(\dfrac{1}{6} \times 864\right)=144$
इसलिए, नए प्रेक्षणों के मानक विचलन $\sqrt{144}=12$ है
4. दिया गया है कि $\bar{x}$ $n$ प्रेक्षणों $x_1, x_2, \ldots, x_n$ का अंकगणितीय माध्य और $\sigma^{2}$ उनका विचरण है। सिद्ध कीजिए कि प्रेक्षणों $a x_1, a x_2, a x_3, \ldots ., a x_n$ के माध्य और विचरण क्रमशः $a \bar{x}$ और $a^{2} \sigma^{2}$ हैं, $(a \neq 0)$।
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
दिया गया $n$ प्रेक्षण $x_1, x_2 - x_n$ हैं।
माध्य $=\bar{{}x}$
विचरण $= σ^{2}$
$\therefore \ \ \sigma^{2}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} y_i(x_i-\bar{{}x})^{2}\qquad \ldots(1)$
यदि प्रत्येक प्रेक्षण को $a$ से गुणा कर दिया जाए और नए प्रेक्षण $y_i$ हों, तो
$ \begin{aligned} & y_i=a x_i \text{ अर्थात } x_i=\dfrac{1}{a} y_i \\ \\ & \therefore \ \ \bar{{}y}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} y_i=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} a x_i=\dfrac{a}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i=a \bar{{}x} \quad\left(\bar{{}x}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i\right) \end{aligned} $
इसलिए, प्रेक्षणों $a x_1, a x_2 … a x_n$ का माध्य, $a \bar{{}x}$ है।
(1) में $x$ और $\bar{{}x}$ के मान को प्रतिस्थापित करने पर हम प्राप्त करते हैं
$ \begin{aligned} & \sigma^{2}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n}\left(\dfrac{1}{a} y_i-\dfrac{1}{a} \bar{{}y}\right)^{2} \\ & \Rightarrow a^{2} \sigma^{2}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n}\left(y_i-\bar{{}y}\right)^{2} \end{aligned} $
इसलिए, प्रेक्षणों $a x_1, a x_2 … ax_n$ के विचरण, $a^{2} σ^{2}$ है।
5. 20 प्रेक्षणों के माध्य और मानक विचलन क्रमशः 10 और 2 पाए गए हैं। दोबारा जांच करने पर पाया गया कि एक प्रेक्षण 8 गलत था। निम्नलिखित मामलों में सही माध्य और मानक विचलन की गणना कीजिए:
(i): यदि गलत प्रेक्षण छोड़ दिया जाए।
(ii) यदि इसे $12$ से बदल दिया जाता है।
उत्तर दिखाएँ
उत्तर :
(i): अवलोकनों की संख्या $(n)=20$
गलत माध्य $=10$
गलत मानक विचलन $=2$
$\bar{{}x}=\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{20} x_i$
$10=\dfrac{1}{20} \sum _{i=1}^{20} x_i$
$\Rightarrow \sum _{i=1}^{20} x_i=200$
अर्थात, गलत अवलोकनों का योग $=200$
सही अवलोकनों का योग $=200 - 8 = 192$
$\therefore \ \ $ सही माध्य $=\dfrac{\text{ सही योग }}{19}=\dfrac{192}{19}=10.1$
मानक विचलन $\sigma=\sqrt{\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-\dfrac{1}{n^{2}}\big(\sum _{i=1}^{n} x_i\big)^{2}}$
$\Rightarrow \hspace{2.4cm}=\sqrt{\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-(\bar{{}x})^{2}}$
$\Rightarrow\hspace{2cm}2=\sqrt{\dfrac{1}{20} \text{ गलत } \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-(10)^{2}}$
$\Rightarrow\hspace{2cm} 4=\dfrac{1}{20} \text{ गलत } \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-100$
$\Rightarrow \ \ $ गलत $\sum _{i=1}^{n} x_i^{2}=2080$
$\therefore \ \ $ सही $\sum _{j=1}^{n} x_i^{2}=\text{ गलत } \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-(8)^{2}$
$\hspace{2.8cm}=2080-64=2016$
$\therefore \ \ $ सही मानक विचलन $=\sqrt{\dfrac{\text{ सही } \sum x_i^{2}}{n}-(\text{ सही माध्य })^{2}}$
$\hspace{3.9cm}=\sqrt{\dfrac{2016}{19}-(10.1)^{2}} $
$\hspace{3.9cm}=\sqrt{106.1-102.01} =\sqrt{4.09} =2.02$
(ii): जब $8$ को $12$ से बदल दिया जाता है,
गलत अवलोकनों का योग $=200$
$\therefore \ \ $ सही अवलोकनों का योग $=200 - 8+12=204$
$\therefore \ \ $ सही माध्य $=\dfrac{\text{ सही योग }}{20}$
$\hspace{2.3cm}=\dfrac{204}{20}=10.2$
मानक विचलन $\sigma=\sqrt{\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i{ }^{2}-\dfrac{1}{n^{2}}\big(\sum _{i=1}^{n} x_i\big)^{2}}$
$\Rightarrow \hspace{2.4cm} =\sqrt{\dfrac{1}{n} \sum _{i=1}^{n} x_i{ }^{2}-(\bar{{}x})^{2}}$
$\Rightarrow\hspace{2cm} 2=\sqrt{\dfrac{1}{20} \text{ गलत } \sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-(10)^{2}}$
$\Rightarrow \hspace{1.9cm}4=\dfrac{1}{20}$ गलत $\sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-100$
$\Rightarrow \ \ $ गलत $\sum _{i=1}^{n} x_i^{2}=2080$
$\therefore \ \ \ \ $ सही $\sum _{i=1}^{n} x_i^{2} \ =$ गलत $\sum _{i=1}^{n} x_i^{2}-(8)^{2}+(12)^{2}$
$\hspace{3.1cm} =2080-64+144 =2160$
$\therefore \ \ $ सही मानक विचलन $=\sqrt{\dfrac{\text{ सही } \sum x_i{ }^{2}}{n}-(\text{ सही माध्य })^{2}}$
$ \begin{aligned} & \hspace{3.8cm} =\sqrt{\dfrac{2160}{20}-(10.2)^{2}} \\ & \hspace{3.8cm}=\sqrt{108-104.04} \\ & \hspace{3.8cm}=\sqrt{3.96} \\ & \hspace{3.8cm}=1.98 \end{aligned} $
6. 100 प्रेक्षणों के एक समूह के माध्य और मानक विचलन को क्रमशः 20 और 3 पाया गया। बाद में यह पाया गया कि तीन प्रेक्षण गलत थे, जो 21, 21 और 18 के रूप में रिकॉर्ड किए गए थे। यदि गलत प्रेक्षण छोड़ दिए जाएं तो माध्य और मानक विचलन ज्ञात कीजिए।
उत्तर दिखाएं
Answer :
दिया गया, प्रेक्षणों की संख्या $\mathrm{n}=100$
गलत माध्य $(\bar{x})=20$
हम जानते हैं कि
$ \begin{aligned} & \bar{x}=\dfrac{\sum x_i}{n} \\ \\ & \Rightarrow 20=\dfrac{1}{100} \sum_{i=1}^{100} x_i \\ \\ & \Rightarrow \sum_{i=1}^{100} x_i=20 \times 100=2000 \end{aligned} $
इसलिए, गलत प्रेक्षणों का योग $=2000$ है।
दिया गया गलत प्रेक्षण $21,21,18$ हैं और इन्हें छोड़ देना है।
इसलिए, सही प्रेक्षणों का योग $=2000-21-21-18=2000-60=1940$
सही माध्य $=\dfrac{\text { सही योग }}{100-3}=\dfrac{1940}{97}=20$
दिया गया, गलत मानक विचलन $\sigma=3$
$ \begin{aligned} & \sigma=\sqrt{\dfrac{\sum_{i=1}^n x_i^2}{n}-\left(\dfrac{\sum_{i=1}^n x_i}{n}\right)^2} \\ \\ & \sigma^2=\dfrac{\sum_{i=1}^n x_i^2}{n}-(\bar{x})^2 \\ \\ & \Rightarrow 3^2=\dfrac{\sum x_i^2}{100}-(20)^2 \\ \\ & \Rightarrow \text { गलत } \sum x_i^2=100(9+400)=40900 \end{aligned} $
$ \begin{aligned} \text { सही } \sum_{i=1}^n x_i^2 & =\text { गलत } \sum_{i=1}^n x_i^2-(21)^2-(21)^2-(18)^2 \\ \\ & =40900-441-441-324 \\ \\ & =39694 \end{aligned} $
$$ \therefore \text { Correct standard deviation } & =\sqrt{\dfrac{\text { correct } \sum x_i^2}{n}-(\text { Correct mean })^2} \\ \\ & =\sqrt{\dfrac{39694}{97}-(20)^2} \\ \\ & =\sqrt{409.216-400} \\ \\ & =\sqrt{9.216} \\ \\ & =3.036 $$