试验设计与数据分析第一次作业习题答案

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习题 答案

1.设用三种方法测定某溶液时,得到三组数据,其平均值如下:

试求它们的加权平均值。

解:根据数据的绝对误差计算权重:

, ,

因为 所以

2.试解释为什么不宜用量程较大的仪表来测量数值较小的物理量。

答:因为用量程较大的仪表来测量数值较小的物理量时,所产生的相对误差较大。如 3.测得某种奶制品中蛋白质的含量为 ,试求其相对误差。 解:

4.在测定菠萝中维生素C含量的测试中,测得每100g菠萝中含有18.2mg维生素C,已知测量的相对误差为0.1%,试求每100g菠萝中含有维生素C的质量范围。 解:

,所以

所以m的范围为 或依据公式

5.今欲测量大约8kPa(表压)的空气压力,试验仪表用1)1.5级,量程0.2MPa 的弹簧管式压力表;2)标尺分度为1mm的U型管水银柱压差计;3)标尺分度为1mm的U形管水柱压差计。

求最大绝对误差和相对误差。

解:1)压力表的精度为1.5级,量程为0.2MPa,

2)1mm汞柱代表的大气压为0.133KPa,

所以

3)1mm水柱代表的大气压: ,其中 ,通常取 则

6.在用发酵法生产赖氨酸的过程中,对产酸率(%)作6次评定。样本测定值为3.48,3.37,3.47,3.38,3.40,3.43,求该组数据的算术平均值、几何平均值、调和平均值、标准差s、标准差 、样本方差 、总体方差 、算术平均误差 和极差 。 解: 数据 3.48 3.37 计算公式 算术平均值 计算结果 3.421667 3.421407 几何平均值 调和平均值 3.421148 3.47 或 3.38 3.40 3.43 标准样本差 0.046224 0.042197 0.002137 0.001781 总体标准差 样本方差 总体方差 算术平均误差 0.038333 0.11 极差

7.A与B两人用同一种分析方法测定金属钠中的铁,测得铁含量( )分别为: 分析人员A:8.0,8.0,10.0,10.0,6.0,6.0,4.0,6.0,6.0,8.0 分析人员B:7.5,7.5,4.5,4.0,5.5,8.0,7.5,7.5,5.5,8.0 试问A与B两人测定铁的精密度是否有显著性差异?( )

解:依题意,检验A与B两人测定铁的精密度是否有显著性差异,采用F双侧检验。根据试验值计算出两种方法的方差以及F值:

根据显著性水平 , , 查F分布表得 , ,

, 。所以 , , ,A与B两人测定铁的方差没有显著差异,即两人测定铁的精密度没有显著性差异。

分析人员A 8 8 10 10 6 6 4 6 6 8 分析人员B 7.5 7.5 4.5 4 5.5 8 7.5 7.5 5.5 8 分析人员B 6.55 2.302778 10 9 F-检验 双样本方差分析 分析人员A 平均 方差 观测值 df F P(F<=f) 单尾 F 单尾临界

7.2 3.733333333 10 9 1.621230398 0.24144058 3.178893104 8.用新旧两种工艺冶炼某种金属材料,分别从两种冶炼工艺生产的产品中抽样,测定产品中的杂质含量(%),结果如下: 旧工艺(1):2.69,2.28,2.57,2.30,2.23,2.42,2.61,2.64,2.72,3.02,2.45,2.95,2.51;

新工艺(2):2.26,2.25,2.06,2.35,2.43,2.19,2.06,2.32,2.34

试问新冶炼工艺是否比旧工艺生产更稳定,并检验两种工艺之间是否存在系统误差?( )

解:工艺的稳定性可用精密度来表征,而精密度可由极差、标准差或方差等表征,这里依据

方差来计算。 , ,由于 ,所以新的冶炼工艺比旧工艺生产更稳定。

(依据极差: , ,同样可以得到上述结论)

(依据标准差 , )

检验两种工艺之间是否存在系统误差,采用t检验法。

1)先判断两组数据的方差是否有显著性差异。根据试验数据计算出各自的平均值和方差:

已知n1=13,n2=9,则 , ,根据显著性水平 ,查F分布表得 , ,

, ,两方差有显著差异。 旧工艺 2.69 2.28 2.57 2.30 2.23 2.42 2.61 2.64 2.72 3.02 2.45 2.95 新工艺 2.26 2.25 2.06 2.35 2.43 2.19 2.06 2.32 2.34 新工艺 2.51 F-检验 双样本方差分析 旧工艺 平均 标准差 方差 观测值 df F P(F<=f) 单尾 F 单尾临界 2.568461538 2.251111111 0.242103496 0.128105859 0.058614103 0.016411111 13 12 3.571610854 0.039724983 3.283939006 旧工艺 新工艺 9 8 t-检验: 双样本异方差假设 平均 方差 观测值 假设平均差 df t Stat P(T<=t) 单尾 t 单尾临界 2.568461538 2.251111111 0.058614103 0.016411111 13 0 19 3.988050168 0.000393697 1.729132812 9 P(T<=t) 双尾 t 双尾临界 2)进行异方差t检验

0.000787395 2.093024054

根据显著性水平 ,查单侧t分布表得 ,所以 ,则两种工艺的平均值存在差异,即两种工艺之间存在系统误差。

备注:

实验方差分析是单侧检验:因为方差分析不像差异显著检验,方差分析中关心的只是组间均方是否显著大于组内均方或误差均方。目的是为了区分组间差异是否比组内差异大的多,因为只有大得多,才能证明实验的控制条件是否造成了显著的差异,

方差齐性中F检验要用到双侧检验,因为要看的是否有显著性差异,而没有说是要看有差异时到底是谁大于谁,所以没有方向性。

9.用新旧两种方法测得某种液体的黏度( )如下:

新方法:0.73,0.91,0.84,0.77,0.98,0.81,0.79,0.87,0.85 旧方法:0.76,0.92,0.86,0.74,0.96,0.83,0.79,0.80,0.75

其中旧方法无系统误差。试在显著性水平( )时,检验新方法是否可行。

解:检验新方法是否可行,即检验新方法是否有系统误差,这里采用秩和检验。 先求出各数据的秩,如表所示。 2 3 4 5 6.5 6.5 8 9 10 11 12 13 14 15

此时,n1=9,n2=9,n=18,

对于 ,查秩和临界值表,得 , ,由于 ,故,两组数据无显著差异,新方法无系统误差,可行。

0.77 0.79 0.81 0.84 0.85 0.74 0.75 0.76 0.79 0.80 0.83 0.86 秩 1 新 0.73 旧 16 17 18 0.98 0.87 0.91 0.92 0.96

T检验成对数据的比较 新方法 旧方法 di 0.73 0.76 -0.03 0.91 0.92 -0.01 0.84 0.86 -0.02 0.77 0.74 0.03 0.98 0.96 0.02 0.81 0.83 -0.02 0.79 0.79 0 0.87 0.8 0.07 0.85 0.75 0.1 0.14 0.015556

0.00207531 0.00065309 0.0012642 0.00020864 1.9753E-05 0.0012642 0.00024198 0.0029642 0.00713086 0.01582222 0.04447221 0.34978145 n=9 1.04934436 对于 ,查表 ,所以 ,即两组数据无显著差异,新方法无系统误差,可行。

10.对同一铜合金,有10个分析人员分析进行分析,测得其中铜含量(%)的数据为:62.20,69.49,70.30,70.65,70.82,71.03,71.22,71.25,71.33,71.38(%)。问这些数据中哪个(些)数据应被舍去,试检验?( ) 解:1)拉依达(Paǔta)检验法 1检验62.20 ○

计算包括62.20在内的平均值 及标准偏差 计算

比较 和 , ,依据拉依达检验法,当 时,62.20应该舍去。 2检验69.49 ○

计算包括69.49在内的平均值 及标准偏差 计算

比较 和 , ,依据拉依达检验法,当 时,69.49应该舍去。 3检验70.30 ○

计算包括70.30在内的平均值 及标准偏差 计算

比较 和 , ,依据拉依达检验法,当 时,69.49不应该舍去。 4检验71.38 ○

计算包括71.38在内的平均值 及标准偏差 计算

比较 和 , ,依据拉依达检验法,当 时,71.38不应该舍去。

2)格拉布斯(Grubbs)检验法 1检验62.20 ○

计算包括62.20在内的平均值 及标准偏差 ,查表得

计算 所以62.20应该舍去。 2检验69.49 ○

计算包括69.49在内的平均值 及标准偏差 ,查表得

计算 所以69.49应该舍去。 3检验70.30 ○

计算包括70.30在内的平均值 及标准偏差 ,查表得 计算

计算 69.49不应该舍去。 4检验71.38 ○

计算包括71.38在内的平均值 及标准偏差 ,查表得 计算

计算 当 时,71.38不应该舍去。

3)狄克逊(Dixon)检验法 应用狄克逊双侧情形检验:

1对于62.20和71.38, ,计算 ○

,当 ,对于双侧检验,查出临界值 由于 ,且 ,

故最小值62.20应该被舍去。

2舍去62.20后,对剩余的9个数据(n=9)进行狄克逊双侧检验: ○

,当 ,对于双侧检验,查出临界值 由于 ,且 ,

没有异常值。

, ,没有异常值。 单侧检验时,查表得到临界值

11.将下列数据保留4位有效数字:3.1459,136653,2.33050,2.7500,2.77447 解:3.146、1367×102、2.330、2.750、2.774

12.在容量分析中,计算组分含量的公式为 ,其中V是滴定 时消耗滴定液的体积,c是滴定液的浓度。今用浓度为(1.000±0.001)mg/mL的标准溶液滴定某试液,滴定时消耗滴定液的体积为(20.00±0.02)mL,试求滴定结果的绝对误差和相对误差。 解:根据组分含量计算公式 ,各变量的误差传递系数分别为

所以组分含量的绝对误差为

(mg)

(mg)

最大相对误差为

13.在测定某溶液的密度ρ的试验中,需要测定液体的体积和质量,已知质量测定的相对误差≤0.02%,预使测定结果的相对误差≤0.1%,测量液体体积所允许的最大相对误差为多大? 解:由公式 ,误差传递系数为

则绝对误差

相对误差

由于质量的相对误差 ,预使得 ,需要 ,即测量液体体积所允许的最大相对误差为0.08%。

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/z8kp.html

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