Подготовка к школе
1 класс
2 класс
3 класс
4 класс
5 класс
6 класс
7 класс
8 класс
9 класс
10 класс
11 класс
ОГЭ
ЕГЭ
Для всех
Назад

Разброс: наибольшее, наименьшее, размах

Содержание

В уроке «Среднее и медиана» вы находили середину ряда данных — среднее и медиану. Но при одной и той же середине значения могут лежать тесно или далеко друг от друга. В этом уроке опишем это числом: найдем наибольшее и наименьшее значения ряда и его размах и выясним, что меняет размах.

Вот вопрос, к которому мы вернемся в конце. В якутском городе Верхоянске 20 июня 2020 года термометр показал $+38$ °C — Всемирная метеорологическая организация признала это рекордом жары для Арктики. А в феврале 1892 года там же было $-67{,}8$ °C. Как одним числом сказать, насколько разбросана погода в Верхоянске, и честно ли такое число описывает обычный год?

Одна середина — разный разброс

До школы можно доехать двумя маршрутами. Время в пути по каждому записывали пять дней (в минутах). Маршрут А: $18$, $30$, $22$, $35$, $20$. Маршрут Б: $24$, $26$, $25$, $25$, $25$. Среднее у обоих одинаковое: $125 : 5 = 25$ минут. До начала уроков осталось $28$ минут. На какой маршрут можно рассчитывать?

Изобразим каждое значение кирпичиком на числовой оси: одно наблюдение — один кирпичик, как грузики в уроке о среднем и медиане. Кирпичики маршрута А положим на одну ось, кирпичики маршрута Б — на такую же ось под ней. Кирпичики одного ряда вместе образуют стенку.

Два маршрута с одним средним временем 25 минут: у маршрута А кирпичики разбросаны от 18 до 35, у маршрута Б лежат тесно от 24 до 26; правее черты 28 минут у А два кирпичика, у Б ни одного
Обе стенки уравновешены в точке $25$, но стенка маршрута А тянется от $18$ до $35$, а стенка маршрута Б — только от $24$ до $26$

Что видно на рисунке. Точка равновесия у обеих стенок одна — $25$ минут. Но кирпичики маршрута Б лежат тесно: этот маршрут ни разу не занял больше $26$ минут, на него можно рассчитывать. Кирпичики маршрута А разбросаны от $18$ до $35$: в два дня из пяти ($30$ и $35$ минут) с этим маршрутом вы бы опоздали.

Среднее и медиана отвечают на вопрос «где середина ряда». Чтобы понять, можно ли на эту середину положиться, нужна вторая характеристика — насколько значения разбросаны. Самый простой способ ее измерить — длина стенки от крайнего кирпичика до крайнего.

Крайние кирпичики ищут на оси, а не в записи

Семь учеников прыгали в длину. Их результаты записали в том порядке, в каком они прыгали (в сантиметрах): $312$, $345$, $298$, $360$, $331$, $287$, $340$. Разложим кирпичики по оси и посмотрим, какие из них окажутся крайними.

Ряд прыжков: наименьшее 287 и наибольшее 360 стоят в середине записи; первое число записи 312 и последнее 340 лежат внутри стенки
Крайние кирпичики стенки — $287$ и $360$, а в записи они стоят не первыми и не последними

Определение

Наибольшее значение ряда — самое большое число ряда данных. Наименьшее значение ряда — самое маленькое число ряда данных.

На числовой оси наименьшее значение — крайний левый кирпичик стенки, наибольшее — крайний правый.

Выстраивать весь ряд по порядку не обязательно. Достаточно один раз просмотреть его, держа в памяти самое большое и самое маленькое из уже просмотренных чисел, и сравнивать с ними каждое следующее.

Пример

Найдем наибольшее и наименьшее значения ряда прыжков $312$, $345$, $298$, $360$, $331$, $287$, $340$.

Просматриваем ряд и после каждого числа обновляем самое большое и самое маленькое из просмотренных (таблица ниже).

Ответ: наибольшее значение $360$ см, наименьшее $287$ см.

Просмотрели числоСамое большое покаСамое маленькое пока
$312$$312$$312$
$345$$345$$312$
$298$$345$$298$
$360$$360$$298$
$331$$360$$298$
$287$$360$$287$
$340$$360$$287$

Так же ищут крайние значения в таблице: просматривают все клетки со значениями, а не только первую и последнюю. На столбиковой диаграмме наибольшему значению соответствует столбик, конец которого выше всех по шкале, наименьшему — столбик, конец которого ниже всех. Если есть столбики вниз от нуля, это самый длинный из них, а не самый короткий. Значения читают по шкале.

Ошибка

Решавр взял крайними первое и последнее число записи: «наименьшее $312$, наибольшее $340$».

Проверка на оси: в ряду есть $287$ — этот кирпичик лежит левее $312$, и есть $360$ — он лежит правее $340$. Значит, ни $312$, ни $340$ не крайние.

Где сломалось: ряд записан в порядке прыжков, а не по возрастанию. Первое и последнее число записи — края списка, а не края стенки. Брать их можно, только если ряд уже упорядочен.

Размах — длина стенки

Вернемся к прыжкам. Стенка кирпичиков тянется от $287$ до $360$. Ее длина $360-287 = 73$ см: на столько лучший прыжок длиннее худшего. Эту длину называют размахом ряда.

Определение

Размах ряда — разность между наибольшим и наименьшим значениями ряда:

$$\text{размах} = \text{наибольшее}-\text{наименьшее}$$

На оси размах — длина стенки от крайнего левого кирпичика до крайнего правого. Коротко размах иногда обозначают буквой $R$.

Размах — это длина, поэтому он не бывает отрицательным. Размах равен $0$ только тогда, когда все значения одинаковые: все кирпичики лежат в одной точке. Измеряют размах в тех же единицах, что и данные: в сантиметрах, минутах, градусах. У маршрутов из первого раздела размахи $35-18 = 17$ минут и $26-24 = 2$ минуты — теперь разница в разбросе выражена числом.

Труднее, когда среди значений есть отрицательные. Температура воздуха в полдень за неделю была такой: $-12$, $-5$, $-8$, $3$, $-1$, $-15$, $2$ °C.

Размах через ноль: кирпичики от −15 до 3, часть ниже нуля 15 и часть выше нуля 3 складываются в размах 18 градусов, а запись 15 − 3 = 12 перечеркнута
От $-15$ до $0$ — $15$ делений, от $0$ до $3$ — еще $3$: длина стенки $18$ °C

Пример

Найдем размах температур $-12$, $-5$, $-8$, $3$, $-1$, $-15$, $2$ °C.

Наибольшее значение — $3$. Наименьшее — $-15$: из отрицательных чисел меньше то, которое дальше от нуля, на оси оно левее всех.

Размах: $3-(-15) = 3 + 15 = 18$ °C.

Проверка по оси: от $-15$ до $0$ — $15$ делений, от $0$ до $3$ — еще $3$, всего $18$.

Ответ: $18$ °C.

Ошибка

Решавр нашел размах так: $15-3 = 12$ °C.

Проверка на оси: только от $-15$ до $0$ уже $15$ делений, и еще $3$ деления до отметки $3$. Стенка длиной $18$, а не $12$.

Где сломалось: Решавр вычитал числа без знаков, как будто $-15$ и $3$ лежат по одну сторону от нуля. Когда края стенки лежат по разные стороны от нуля, части ниже и выше нуля складываются.

Что удлиняет стенку, а что нет

Возьмем ряд $12$, $14$, $15$, $17$, $18$, $20$. Его размах $20-12 = 8$. Добавим к ряду число $16$. Кирпичик ляжет между $15$ и $17$, внутрь стенки. Края прежние, размах по-прежнему $8$. Теперь вместо $16$ добавим $25$. Этот кирпичик ляжет правее $20$ и станет новым краем: размах $25-12 = 13$. Стенка выросла на $5$ — ровно на столько, на сколько кирпичик вышел за прежний край.

Новый кирпичик внутри стенки (16) не меняет размах 8; за правым краем (25) стенка вырастает на 5, размах 13
Кирпичик $16$ лег внутрь стенки — размах прежний, $8$. Кирпичик $25$ лег за край — размах вырос до $13$

Прибавим теперь ко всем числам исходного ряда по $5$: получим $17$, $19$, $20$, $22$, $23$, $25$. Вся стенка переехала вправо, а ее длина та же: $25-17 = 8$. Среднее и медиана переехали вместе с кирпичиками: у исходного ряда они равны $16$, у нового — $21$.

Правило

Размах меняется, только когда меняется наибольшее или наименьшее значение.

  • Новое значение между наименьшим и наибольшим размах не меняет.
  • Новое значение за краем увеличивает размах на столько, на сколько оно вышло за край.
  • Если убрать крайнее значение, размах может уменьшиться.
  • Если ко всем значениям прибавить одно и то же число или из всех вычесть одно и то же число, размах не изменится, а среднее и медиана сдвинутся на это число.

Ошибка

Решавр рассуждает: «Добавили к ряду число — значений стало больше, значит, и разброс стал больше».

Проверка на числах: к ряду $12$, $14$, $15$, $17$, $18$, $20$ добавили $16$. Размах был $20-12 = 8$ и остался $20-12 = 8$.

Где сломалось: размах смотрит только на два крайних кирпичика. Сколько кирпичиков лежит внутри стенки, на ее длину не влияет.

Пример

За неделю размах температур составил $17$ °C, самая низкая температура была $-4$ °C. Какой была самая высокая температура?

Размах — длина стенки, а ее левый край известен. Значит, правый край лежит на $17$ делений правее: наибольшее $=$ наименьшее $+$ размах.

$-4 + 17 = 13$ °C.

Проверка: $13-(-4) = 13 + 4 = 17$.

Ответ: $13$ °C.

Выброс растягивает стенку

Пять учеников пробежали $60$ м за $9{,}1$, $9{,}4$, $9{,}0$, $9{,}6$, $9{,}3$ с. Шестой споткнулся и пробежал за $15{,}8$ с: его кирпичик лег далеко от остальных.

Выброс 15,8 растянул стенку с 0,6 до 6,8 секунды, а флажок медианы почти не сдвинулся: с 9,3 на 9,35
Отброшенный кирпичик $15{,}8$ удлинил стенку с $0{,}6$ до $6{,}8$ с, а медиана сдвинулась только с $9{,}3$ до $9{,}35$ с

Пример

Как изменятся размах и медиана, если к ряду $9{,}1$, $9{,}4$, $9{,}0$, $9{,}6$, $9{,}3$ с добавить $15{,}8$ с?

Новый ряд по возрастанию: $9{,}0$, $9{,}1$, $9{,}3$, $9{,}4$, $9{,}6$, $15{,}8$.

Было: размах $9{,}6-9{,}0 = 0{,}6$ с, медиана $9{,}3$ с. Стало: размах $15{,}8-9{,}0 = 6{,}8$ с, медиана $(9{,}3 + 9{,}4) : 2 = 9{,}35$ с.

Ответ: размах вырос с $0{,}6$ до $6{,}8$ с, медиана — с $9{,}3$ до $9{,}35$ с.

Напомним: выброс — значение, которое сильно отличается от остальных значений ряда. Выброс лежит далеко от остальных кирпичиков, поэтому обычно сам становится краем стенки, и размах на него реагирует очень сильно: здесь размах вырос на $6{,}2$ с, среднее — на $1{,}09$ с (с $9{,}28$ до $62{,}2 : 6 \approx 10{,}37$ с), а медиана — всего на $0{,}05$ с. Среднее и размах выброс сдвигает заметно, медиану — почти нет. Поэтому, если размах ряда неожиданно большой, стоит проверить, нет ли в нем выброса.

У модели стенки есть граница: размах видит только ее края. У рядов $10$, $10$, $10$, $10$, $20$ и $10$, $12$, $15$, $18$, $20$ размах одинаковый — $10$. Насколько кучно лежат значения внутри стенки, размах не показывает. Для этого есть другие меры разброса, их изучают в 8 классе.

Два ряда с одинаковым размахом 10: у первого четыре кирпичика на 10 и один на 20 (кучно, один далеко), у второго кирпичики разбросаны по всей стенке; размах этой разницы не видит
Размах у обоих рядов $10$, а кирпичики внутри стенки лежат по-разному: кучно с одним выбросом и вразброс

Теперь вернемся к Верхоянску. Возьмем ряд всех температур, измеренных там за историю наблюдений. Его крайние значения — рекорды $-67{,}8$ °C (февраль 1892 года) и $+38$ °C (20 июня 2020 года), размах $38-(-67{,}8) = 38 + 67{,}8 = 105{,}8$ °C. Это не ошибки измерений: такие морозы и такая жара в Верхоянске действительно были. Но размах видит только два крайних кирпичика, а за сто с лишним лет наблюдений крайними стали два самых исключительных дня. Поэтому $105{,}8$ °C описывает границы всей истории наблюдений, а не обычный год. Об обычном годе честнее говорит размах среднемесячных температур. В Верхоянске в среднем в январе около $-44{,}7$ °C, в июле около $+16{,}5$ °C, размах $16{,}5-(-44{,}7) = 61{,}2$ °C. В Сочи самый холодный месяц — январь, около $+6{,}3$ °C, самый теплый — август, около $+24{,}3$ °C, размах $18$ °C — в три с лишним раза меньше, чем в Верхоянске.

Средние месячные температуры Верхоянска и Сочи на одной шкале от −50 до 30 градусов: размах Верхоянска 61,2 градуса, Сочи 18 градусов, стенка Верхоянска в три с лишним раза длиннее
Среднемесячные температуры на одной шкале: стенка Верхоянска длиной $61{,}2$ °C больше стенки Сочи ($18$ °C) более чем в три раза

Вывод

Среднее и медиана показывают, где середина ряда, а размах — насколько ряд разбросан: это длина стенки кирпичиков от наименьшего значения до наибольшего, и по ней видно, можно ли положиться на среднее. Чтобы вспомнить главное, представьте стенку: края ищут на оси, а не в записи, через ноль части складываются, кирпичик внутри стенку не удлиняет, а выброс растягивает ее. В следующем уроке модуля научимся читать таблицы и столбиковые диаграммы.

СлучайЧто происходит со стенкойРазмах
Ряд записан не по порядкуКрайние кирпичики могут стоять в середине записиНаибольшее − наименьшее, а не последнее − первое
Есть отрицательные значенияСтенка проходит через ноль, части складываются$3-(-15) = 18$
Новое значение между краямиКирпичик ложится внутрь, края прежниеНе меняется
Новое значение за краем, выбросСтенка удлиняетсяРастет
Ко всем значениям прибавили одно числоСтенка переезжает целикомНе меняется

Часто задаваемые вопросы

Зачем размах, если есть среднее?

Среднее показывает центр ряда, а размах — разброс. Время в пути $25$ минут в среднем бывает и стабильным, и скачущим от $18$ до $35$ минут: размах подсказывает, можно ли положиться на среднее.

Может ли размах быть отрицательным?

Нет: наибольшее не меньше наименьшего. Отрицательное число получается, если из наименьшего вычли наибольшее. Размах равен $0$, только если все значения одинаковые.

Как не ошибиться с отрицательными числами?

Наименьшее среди отрицательных — число, которое дальше от нуля. Вычитайте его со знаком: $3-(-15) = 3 + 15$. Проверка по оси: если края по разные стороны от нуля, размах — сумма расстояний от нуля до краев.

Почему размах так сильно зависит от одного значения?

Размах вычисляют только по двум крайним значениям, а выброс обычно и становится одним из них. Поэтому один необычный результат может увеличить размах в несколько раз.

Награды за урок
5
5
1
Количество опыта, полученного за урок 5
Ускорьте прогресс с полным доступом

Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.

  • Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
  • Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
  • Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Не потеряйте прогресс!

Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:

  • Отслеживайте прогресс освоения тем
  • Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
  • Проводите работу над ошибками после занятий

Спросить Зави Спросить Зави
Получить ещё подсказку

Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

Верно! Посмотрите пошаговое решение

Предложить улучшение