Умблик
Справочник вероятности
Статистика и данные
Вероятность и статистика · Статистика и данные

Минимум, максимум и размах

Описываем крайние значения и ширину разброса, не теряя единицы и ограничения показателя.

6 минут на чтениеЗаданий для самопроверки: 3

Чему научимся

Размах даёт быстрый ответ о полной ширине наблюдений и помогает проверять единицы и масштаб. Одновременно он показывает ограничение крайних показателей: внутреннее устройство данных в нём теряется.

Главная идея. Минимум и максимум задают наблюдавшиеся края набора, а размах R = xmax − xmin измеряет расстояние между ними. Он всегда неотрицателен и сохраняется при одинаковом сдвиге всех значений.

План рассуждения и проверка понимания
  1. Найдите именно числовые минимум и максимум всего набора, внимательно сравнивая отрицательные значения и сохраняя исходные единицы.
  2. Вычтите минимум из максимума со скобками, особенно если xmin отрицателен, и при необходимости переведите полученную разность в другие единицы.
  3. Проверьте R ≥ 0 и оцените влияние каждого крайнего наблюдения; для описания внутреннего разброса добавьте другой показатель.

Частая ошибка. Для температур −7 и 5 вычислять 5 − 7 или складывать модули без ясного правила, а также считать размах полноценным описанием распределения значений внутри диапазона.

Как проверить себя. Используйте 5 − (−7) = 12 с явными скобками; затем помните, что наборы с одинаковыми краями могут иметь совершенно разную концентрацию внутри.

Схема к теме

Наглядная модель: Минимум, максимум и размах

Описываем крайние значения и ширину разброса, не теряя единицы и ограничения показателя.

Наглядная модель: Минимум, максимум и размахОписываем крайние значения и ширину разброса, не теряя единицы и ограничения показателя.расстояние междузначениями-3-2-1012345точка отсчётанаблюдаемоезначение
  • Диапазон от -3 до 5
  • 0: точка отсчёта
  • 3: наблюдаемое значение
  • Промежуток от 0 (граница включена) до 3 (граница включена) — расстояние между значениями
Числовая прямая позволяет одновременно видеть порядок значений и расстояние между ними. Вывод: Сначала отметьте границы и точки, затем переводите рисунок в неравенство или вычисление.
Проверка пониманияОбъясните тему своими словами

Сравните наборы 0, 0, 0, 10 и 0, 5, 5, 10: объясните одинаковый размах и назовите информацию о распределении, которую этот показатель не сохраняет.

В хорошем объяснении есть:

  • Для обоих наборов указаны минимум 0, максимум 10 и размах 10.
  • Отмечена различная концентрация внутренних значений и чувствительность к одному выбросу.

Два края набора

Минимум — наименьшее наблюдавшееся значение, максимум — наибольшее. Размах показывает расстояние между ними: из максимума вычитают минимум. Для набора 4,7,5,124,7,5,12 минимум 44, максимум 1212, размах 12−4=812-4=8.

Повторяющиеся значения не меняют края, но остаются частью данных. Размах имеет те же единицы, что и наблюдения. Если записаны времена в минутах, размах тоже измеряется в минутах. Это не число наблюдений и не отношение максимума к минимуму.

Отрицательные значения и границы

Для температур −5-5, −2-2, 44 градуса минимум −5-5, максимум 44. Размах 4−(−5)=94-(-5)=9 градусов. Если забыть скобки или взять абсолютные величины краёв отдельно, получится неверный результат.

В непустом наборе размах всегда неотрицателен. Он равен нулю тогда и только тогда, когда все значения одинаковы; это включает набор из одного числа. Для пустого набора минимум, максимум и размах не определены.

Что размах не описывает

Наборы 0,0,0,100,0,0,10 и 0,5,5,100,5,5,10 имеют один размах 1010, но значения внутри диапазона распределены по-разному. Размах чувствителен к единственному далёкому наблюдению: замена максимума 1010 на 100100 меняет его сразу на 9090.

Большой размах — повод посмотреть на данные и условия измерения. Он сам по себе не доказывает ошибку: необычное наблюдение может быть настоящим. Для более полного описания сопоставляйте размах со средним, медианой и исходным списком.

При прибавлении одного числа ко всем наблюдениям размах не меняется: оба края сдвигаются одинаково. При смене единиц он масштабируется. Перевод секунд в минуты делит размах на 6060.

Три примера

  1. За четыре дня измерили 1818, 2121, 1919, 2424 градуса. Минимум 1818, максимум 2424, размах 66 градусов.
  2. Набор температур −7,−3,2,5-7,-3,2,5 имеет размах 5−(−7)=125-(-7)=12. После добавления 1010 к каждому значению края станут 33 и 1515, размах останется 1212.
  3. Три времени ожидания равны 9090, 120120, 210210 секундам. Размах 120120 секунд, то есть 22 минуты. Это тот же разброс в других единицах, а не другой результат наблюдений.

Формула, смысл и ограничения

Главные формулы с расшифровкой

R=xmax⁡−xmin⁡,R≥0R=x_{\max}-x_{\min},\qquad R\ge0

Формула словами: Размах непустого набора — разность наибольшего и наименьшего значений.

R(cx1,…,cxn)=∣c∣R(x1,…,xn)R(cx_1,\ldots,cx_n)=|c|R(x_1,\ldots,x_n)

Формула словами: При умножении всех значений на c размах умножается на модуль c.

От формулы к наблюдению

Попробуйте самостоятельно

Измените параметры и сопоставьте расчёт с результатами случайного эксперимента.

От простого к сложному

Проверьте себя

Сначала запишите решение самостоятельно. Затем можно открыть намёк, сравнить каждый переход с пошаговым разбором и только после этого посмотреть ответ. Прогресс сохраняется в этом браузере.

Открываем задание…

Открываем задание…

Открываем задание…

Источники и соглашения

Объяснения и задачи — авторские. Источники помогают проверить определения, условия и школьную привязку. Обозначения и параметризация указаны в статье.