2021高考数学(理)一轮复习优化讲解《随机抽样》
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第1讲 随机抽样
[学生用书P217]
一、知识梳理 1.简单随机抽样
(1)定义:一般地,设一个总体含有N 个个体,从中逐个不放回地抽取n 个个体作为样本(n ≤N ),且每次抽取时各个个体被抽到的机会都相等,就称这样的抽样方法为简单随机抽样.
(2)常用方法:抽签法和随机数法. 2.系统抽样
(1)步骤:①先将总体的N 个个体编号;
②根据样本容量n ,当N n 是整数时,取分段间隔k =N
n ;
③在第1段用简单随机抽样确定第一个个体编号l (l ≤k ); ④按照一定的规则抽取样本.
(2)适用范围:适用于总体中的个体数较多时. 3.分层抽样
(1)定义:在抽样时,将总体分成互不交叉的层,然后按照一定的比例,从各层独立地抽取一定数量的个体,将各层取出的个体合在一起作为样本,这种抽样方法是一种分层抽样.
(2)适用范围:适用于总体由差异比较明显的几个部分组成时. 常用结论
(1)随机数法编号要求:应保证各号数的位数相同,而抽签法则无限制. (2)系统抽样是等距抽样,入样个体的编号相差N
n
的整数倍.
(3)分层抽样是按比例抽样,每一层入样的个体数为该层的个体数乘以抽样比.
二、习题改编
1.(必修3P100A组T1改编)在“世界读书日”前夕,为了了解某地5 000名居民某天的阅读时间,从中抽取了200名居民的阅读时间进行统计分析.在这个问题中,5 000名居民的阅读时间的全体是()
A.总体B.个体
C.样本的容量D.从总体中抽取的一个样本
解析:选A.由题目条件知,5 000名居民的阅读时间的全体是总体;其中1名居民的阅读时间是个体;从5 000名居民某天的阅读时间中抽取的200名居民的阅读时间是从总体中抽取的一个样本,样本容量是200.故选A.
2.(必修3P64A组T6改编)在一次游戏中,获奖者可以得到5件不同的奖品,这些奖品要从由1~50编号的50种不同奖品中随机抽取确定,用系统抽样的方法为某位获奖者确定5件奖品的编号可以为()
A.5,15,25,35,45 B.1,3,5,7,9
C.11,22,33,44,50 D.12,15,19,23,28
解析:选A.采用系统抽样的等距抽样法,抽样间距为50
5
=10,随机抽取第1个奖品号,
设为a(1≤a≤10),则其他奖品号分别为10+a,20+a,30+a,40+a,所以可知A正确.3.(必修3P64A组T5改编)一个总体分为A,B两层,用分层抽样方法从总体中抽取一
个容量为10的样本.已知B层中每个个体被抽到的概率都为1
12,则总体中的个体数为
________.
解析:因为用分层抽样方法从总体中抽取一个容量为10的样本.由B层中每个个体被
抽到的概率都为1
12,知道在抽样过程中每个个体被抽到的概率是1
12,所以总体中的个体数为
10÷1
12
=120.
答案:120
一、思考辨析
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)简单随机抽样是一种不放回抽样.()
(2)在抽签法中,先抽的人抽中的可能性大.()
(3)系统抽样在起始部分抽样时采用简单随机抽样.()
(4)用系统抽样从102个学生中抽取20人,需用简单随机抽样方法剔除2人,这样对被剔除者不公平.()
(5)在分层抽样中,每个个体被抽到的可能性与层数及分层有关.()
答案:(1)√(2)×(3)√(4)×(5)×
二、易错纠偏
常见误区|K(1)随机数表法的规则不熟出错;
(2)分层抽样每层抽取的抽样比是相同的;
(3)系统抽样中先剔除部分个体,再分段.
1.总体由编号为01,02,…,19,20的20个个体组成.利用下面的随机数表选取5个个体,选取方法是从随机数表第1行的第5列和第6列数字开始由左到右依次选取两个数字,则选出来的第5个个体的编号为()
78166572080263140702436997280198
32049234493582003623486969387481
A.08
C.02 D.01
解析:选D.由题意知前5个个体的编号为08,02,14,07,01.
2.某公司有员工500人,其中不到35岁的有125人,35~49岁的有280人,50岁以上的有95人,为了调查员工的身体健康状况,从中抽取100名员工,则应在这三个年龄段分别抽取人数为()
A.33,34,33 B.25,56,19
C.30,40,30 D.30,50,20
解析:选B.因为125∶280∶95=25∶56∶19,所以抽取人数分别为25人,56人,19人.故选B.
3.某学校为了解高一年级1 203名学生对某项教改试验的意见,打算从中抽取一个容量为40的样本,若采用系统抽样,则分段间隔为________.
解析:因为1 203除以40不是整数,所以需随机剔除3个个体,从而每一段有30个个体,则分段间隔为30.
答案:30
[学生用书P218]
简单随机抽样(自主练透)
1.以下抽样方法是简单随机抽样的是()
A.在某年明信片销售活动中,规定每100万张为一个开奖组,通过随机抽取的方式确定号码的后四位为2709的为三等奖
B.某车间包装一种产品,在自动包装的传送带上,每隔30分钟抽一包产品,称其重量是否合格
C.某学校分别从行政人员、教师、后勤人员中抽取2人,14人,4人了解对学校机构改革的意见
D.用抽签方法从10件产品中选取3件进行质量检验
解析:选D.选项A,B不是简单随机抽样,因为抽取的个体间的间隔是固定的;选项C 不是简单随机抽样,因为总体的个体有明显的层次;选项D是简单随机抽样.2.下列抽样试验中,适合用抽签法的是()
A.从某厂生产的5 000件产品中抽取600件进行质量检验
B.从某厂生产的两箱(每箱18件)产品中抽取6件进行质量检验
C.从甲、乙两厂生产的两箱(每箱18件)产品中抽取6件进行质量检验
D.从某厂生产的5 000件产品中抽取10件进行质量检验
解析:选B.因为A,D中总体的个体数较大,不适合用抽签法;C中甲、乙两厂生产的产品质量可能差别较大,因此未达到搅拌均匀的条件,也不适合用抽签法;B中总体容量和样本容量都较小,且同厂生产的产品可视为搅拌均匀了.
3.假设要考察某公司生产的500克袋装牛奶的质量是否达标,现从800袋牛奶中抽取60袋进行检验,利用随机数表抽取样本时,先将800袋牛奶按000,001,…,799进行编号,如果从随机数表第8行第7列的数开始向右读,请你依次写出最先检测的5袋牛奶的编号为________.(下面摘取了随机数表第7行至第9行)
84 42 17 53 31 57 24 55 06 88 77 04 74 47 67 21 76 33 50 25 83 92 12 06 76
63 01 63 78 59 16 95 55 67 19 98 10 50 71 75 12 86 73 58 07 44 39 52 38 79
33 21 12 34 29 78 64 56 07 82 52 42 07 44 38 15 51 00 13 42 99 66 02 79 54
解析:找到第8行第7列的数开始向右读,第一个符合条件的是785;第二个数916>799,舍去;第三个数955>799,舍去;第四个数567符合题意,这样再依次读出结果为199,507,175.
答案:785,567,199,507,175
抽签法与随机数法的适用情况
(1)抽签法适用于总体中个体数较少的情况,随机数法适用于总体中个体数较多的情况. (2)一个抽样试验能否用抽签法,关键看两点:
一是制签是否方便;二是号签是否易搅匀.一般地,当总体容量和样本容量都较小时可用抽签法.
系统抽样(自主练透)
1.采用系统抽样方法从960人中抽取32人做问卷调查,为此将他们随机编号为1,2,…,960,分组后在第一组采用简单随机抽样的方法抽到的号码为9,抽到的32人中,编号落入区间[1,450]的人做问卷A ,编号落入区间[451,750]的人做问卷B ,其余的人做问卷C ,则抽到的人中,做问卷B 的人数为( )
A .7
B .9
C .10
D .15
解析:选C.从960人中用系统抽样方法抽取32人,则将整体分成32组,每组30人,因为第一组抽到的号码为9,则第二组抽到的号码为39,第n 组抽到的号码为a n =9+30·(n -1)=30n -21,由451≤30n -21≤750,得23615≤n ≤257
10,所以n =16,17,…,25,共有
25-16+1=10(人).
2.为规范学校办学,某省教育厅督察组对某所高中进行了抽样调查.抽到的班级一共有52名学生,现将该班学生随机编号,用系统抽样的方法抽取一个容量为4的样本,已知7号,33号,46号同学在样本中,那么样本中还有一位同学的编号应是( )
A .13
B .19
C .20
D .51
解析:选C.由系统抽样的原理知抽样的间隔为52
4=13,故抽取的样本的编号分别为7,
7+13,7+13×2,7+13×3,从而可知选C.
3.从2 007名学生中选取50名学生参加全国数学联赛,若采用以下方法选取:先用简单随机抽样法从2 007名学生中剔除7名学生,剩下的2 000名学生再按系统抽样的方法抽取,则每名学生入选的概率( )
A .不全相等
B .均不相等
C .都相等,且为
50
2 007 D .都相等,且为1
40
解析:选C.从N 个个体中抽取M 个个体,则每个个体被抽到的概率都等于M N 即50
2 007.
4.已知某商场新进3 000袋奶粉,为检查其三聚氰胺是否超标,现采用系统抽样的方法从中抽取150袋检查,若第一组抽出的号码是11,则第六十一组抽出的号码为________.
解析:每组袋数为3 000
150
=20,
由题意知这些号码是以11为首项,20为公差的等差数列,a 61=11+(61-1)×20=1 211. 答案:1 211
用系统抽样法抽取样本,当N
n 不为整数时,取k =⎣⎡⎦⎤N n ,即先从总体中用简单随机抽样的方法剔除(N -nk )个个体,且剔除多余的个体不影响抽样的公平性.
分层抽样(多维探究)
角度一 已知各层总数,确定某层的样本数
某市有A ,B ,C 三所学校,共有高三文科学生1 500人,且A ,B ,C 三所学
校的高三文科学生人数成等差数列,在三月进行全市联考后,准备用分层抽样的方法从所有高三文科学生中抽取容量为120的样本,进行成绩分析,则应从B 校学生中抽取________人.
【解析】 设A ,B ,C 三所学校高三文科学生人数分别为x ,y ,z ,由题知x ,y ,z 成等差数列,所以x +z =2y ,又x +y +z =1 500,所以y =500,用分层抽样方法抽取B 校学生人数为1201 500
×500=40(人).
【答案】 40
角度二 已知各层总数,某一层的样本数,求另一层样本数或总数
某工厂生产甲,乙,丙三种型号的产品,产品数量之比为3∶5∶7,现用分层
抽样的方法抽出容量为n 的样本,其中甲种产品有18件,则样本容量n =________.
【解析】 依题意得3
3+5+7
×n =18,解得n =90,
即样本容量为90. 【答案】 90
角度三 已知某层总数及某层的样本数,求各层样本数或总数
某企业三月中旬生产A ,B ,C 三种产品共3 000件,根据分层抽样的结果,企
业统计员制作了如下的统计表格:
产品类别 A B C 产品数量(件) 1 300 样本容量(件)
130
由于不小心,表格中A ,C 产品的有关数据已被损坏,统计员记得A 产品的样本容量比C 产品的样本容量多10,根据以上信息,可得C 产品的数量是________.
【解析】 设样本的总容量为x ,则x
3 000×1 300=130,所以x =300.所以A 产品和C
产品在样本中共有300-130=170(件),设C 产品的样本容量为y ,则y +y +10=170,所以y =80,所以C 产品的数量为
3 000
300
×80=800. 【答案】 800
分层抽样问题类型及解题思路
(1)求某层应抽个体数量:按该层所占总体的比例计算.
(2)已知某层个体数量,求总体容量或根据分层抽样就是按比例抽样,列比例式进行计算.
(3)分层抽样的计算应根据抽样比构造方程求解,其中“抽样比=样本容量总体容量
=
各层样本数量
各层个体数量
”.
[提醒] 分层抽样时,每层抽取的个体可以不一样多,但必须满足抽取n i =n ·N i
N (i =1,
2,…,k )个个体(其中i 是层数,n 是抽取的样本容量,N i 是第i 层中个体的个数,N 是总体容量).
1.某报社做了一次关于“什么是新时代的雷锋精神”的问卷调查,在A ,B ,C ,D 四个单位回收的问卷数依次成等差数列,且共回收1 000份,因报道需要,再从回收的问卷中按单位分层抽取容量为150的样本,若在B 单位抽取30份,则在D 单位抽取的问卷数是( )
A .40
B .50
C .60
D .70
解析:选C.由题意依次设在A ,B ,C ,D 四个单位回收的问卷数分别为a 1,a 2,a 3,a 4,在D 单位抽取的问卷数为n ,则有30a 2=150
1 000,解得a 2=200,又a 1+a 2+a 3+a 4=1 000,即
3a 2+a 4=1 000,所以a 4=400,所以n 400=150
1 000
,解得n =60.
2.一支田径队有男运动员56人,女运动员m 人,用分层抽样抽出一个容量为n 的样本,在这个样本中随机选一人当队长的概率为1
28,且样本中的男队员比女队员多4人,则m
=________.
解析:由题意知n =28,设其中有男队员x 人,女队员y 人.则⎩⎪⎨⎪⎧x +y =28,x -y =4,
56m =x y ,解得x =
16,y =12,m =42.
答案:42
3.某高中共有学生1 000名,其中高一年级共有学生380人,高二年级男生有180人.如果在全校学生中抽取1名学生,抽到高二年级女生的概率为0.19,现采用分层抽样(按年级分层)在全校抽取100人,则应在高三年级中抽取的人数为________.
解析:因为某高中共有学生1 000名,在全校学生中抽取1名学生,抽到高二年级女生的概率为0.19,所以高二年级女生有1 000×0.19=190(人),则高二年级共有学生180+190=370(人),所以高三年级有1 000-370-380=250(人),则采用分层抽样(按年级分层)在全校抽取100人,应在高三年级中抽取的人数为250
1 000
×100=25.
答案:25
[学生用书P317(单独成册)]
[基础题组练]
1.对一个容量为N 的总体抽取容量为n 的样本,当选取简单随机抽样、系统抽样和分层抽样三种不同方法抽取样本时,总体中每个个体被抽中的概率分别为p 1,p 2,p 3,则 ( )
A .p 1=p 2<p 3
B .p 2=p 3<p 1
C .p 1=p 3<p 2
D .p 1=p 2=p 3
解析:选D.由于三种抽样过程中,每个个体被抽到的概率都是相等的,因此p 1=p 2=p 3.
2.为了调查老师对微课堂的了解程度,某市拟采用分层抽样的方法从A ,B ,C 三所中学抽取60名教师进行调查,已知A ,B ,C 三所学校中分别有180,270,90名教师,则从C 学校中应抽取的人数为( )
A .10
B .12
C .18
D .24
解析:选A.根据分层抽样的特征,从C 学校中应抽取的人数为
90
180+270+90
×60=10.
3.现用系统抽样方法从已编号(1~60)的60枚新型导弹中,随机抽取6枚进行试验,则所选取的6枚导弹的编号可能是( )
A .5,10,15,20,25,30
B .2,4,8,16,32,48
C .5,15,25,35,45,55
D .1,12,34,47,51,60
解析:选C.从60枚新型导弹中随机抽取6枚,采用系统抽样间隔应为60
6=10,只有C
选项中导弹的编号间隔为10.
4.某班对八校联考成绩进行分析,利用随机数表法抽取样本时,先将60个同学按01,02,03,…,60进行编号,然后从随机数表第9行第5列的数开始向右读,则选出的第6个个体是( )
(注:下表为随机数表的第8行和第9行)
⎭⎬⎫
63 01 63 78 59 16 95 55 67 19 98 10 5071 75 12 86 73 58 07 44 39 52 38 79第8行
⎭
⎬⎫
33 21 12 34 29 78 64 56 07 82 52 42 0744 38 15 51 00 13 42 99 66 02 79 54第9行
A .07
B .25
C .42
D .52
解析:选D.依题意得,依次选出的个体分别是12,34,29,56,07,52,…,因此选出的第6个个体是52,选D.
5.在一次马拉松比赛中,35名运动员的成绩(单位:分钟)的茎叶图如图所示.
若将运动员按成绩由好到差编为1~35号,再用系统抽样方法从中抽取7人,则其中成绩在区间[139,151]上的运动员人数是( )
A .3
B .4
C .5
D .6
解析:选B.35÷7=5,因此可将编号为1~35的35个数据分成7组,每组有5个数据,
在区间[139,151]上共有20个数据,分在4个小组中,每组取一人,共取4人.
6.为了解1 200名学生对学校某项教改实验的意见,打算从中抽取一个容量为30的样本,考虑采取系统抽样,则分段的间隔k 为________.
解析:在系统抽样中,确定分段间隔k ,对编号进行分段,k =N
n (N 为总体的容量,n 为
样本的容量),所以k =N n =1 200
30
=40.
答案:40
7.某高校有教授120人,副教授100人,讲师80人,助教60人,现用分层抽样的方法从以上所有老师中抽取一个容量为n 的样本.已知从讲师中抽取的人数为16,那么n =________.
解析:依题意得,80120+100+80+60=16
n ,由此解得n =72.
答案:72
8.一汽车厂生产A ,B ,C 三类轿车,每类轿车均有舒适型和标准型两种型号,某月的产量如下表(单位:辆):
A 类轿车10辆,则z 的值为________.
解析:设该厂这个月共生产轿车n 辆, 由题意得50n =10
100+300,所以n =2 000,
则z =2 000-100-300-150-450-600=400. 答案:400
9.最新高考改革方案已在上海和浙江实施,某教育机构为了解我省广大师生对新高考改革方案的看法,对某市部分学校500名师生进行调查,统计结果如下:
z =2y . (1)现从全部500名师生中用分层抽样的方法抽取50名进行问卷调查,则应抽取“不赞成改革”的教师和学生人数各是多少?
(2)在(1)中所抽取的“不赞成改革”的人中,随机选出3人进行座谈,求至少有1名教师被选出的概率.
解:(1)由题意知x
500=0.3,所以x =150,
所以y +z =60.
因为z =2y ,所以y =20,z =40.
则应抽取“不赞成改革”的教师人数为50
500×20=2,
应抽取“不赞成改革”的学生人数为50
500×40=4.
(2)至少有1名教师被选出的概率
P =C 12C 24+C 22C 14
C 36
=12+420=45.
10.某公司有一批专业技术人员,对他们进行年龄状况和接受教育程度(学历)的调查,其结果(人数分布)如下表:
(1)5的样本,将该样本看成一个总体,从中任取2人,求至少有1人学历为研究生的概率;
(2)在这个公司的专业技术人员中按年龄状况用分层抽样的方法抽取N 个人,其中35岁以下48人,50岁以上10人,再从这N 个人中随机抽取1人,此人的年龄为50岁以上的概率为5
39
,求x ,y 的值.
解:(1)用分层抽样的方法在35~50岁年龄段的专业技术人员中抽取一个容量为5的样本,设抽取学历为本科的人数为m ,所以3050=m
5
,解得m =3.
抽取的样本中有研究生2人,本科生3人,分别记作S 1,S 2;B 1,B 2,B 3.
从中任取2人的所有等可能基本事件共有10个:(S 1,B 1),(S 1,B 2),(S 1,B 3),(S 2,B 1),(S 2,B 2),(S 2,B 3),(S 1,S 2),(B 1,B 2),(B 1,B 3),(B 2,B 3).
其中至少有1人的学历为研究生的基本事件有7个:(S 1,B 1),(S 1,B 2),(S 1,B 3),(S 2,B 1),(S 2,B 2),(S 2,B 3),(S 1,S 2).
所以从中任取2人,至少有1人学历为研究生的概率为7
10.
(2)由题意,得10N =5
39
,解得N =78.
所以35~50岁中被抽取的人数为78-48-10=20, 所以4880+x =2050=1020+y ,
解得x =40,y =5. 即x ,y 的值分别为40,5.
[综合题组练]
1.某学校有体育特长生25人,美术特长生35人,音乐特长生40人.用分层抽样的方法从中抽取40人,则抽取的体育特长生、美术特长生、音乐特长生的人数分别为( )
A .8,14,18
B .9,13,18
C .10,14,16
D .9,14,17
解析:选C.因为25+35+40=100, 用分层抽样的方法从中抽取40人,
所以每个个体被抽到的概率是P =40100=2
5=0.4,
所以体育特长生25人应抽25×0.4=10(人), 美术特长生35人应抽35×0.4=14(人), 音乐特长生40人应抽40×0.4=16(人).
2.一个总体中有100个个体,随机编号为0,1,2,…,99.依编号顺序平均分成10个小组,组号依次为1,2,…,10.现抽取一个容量为10的样本,规定如果在第1组中随机抽取的号码为m ,那么在第k 组中抽取的号码的个位数字与m +k 的个位数字相同.若m =6,则在第7组中抽取的号码是( )
A .63
B .64
C .65
D .66
解析:选A.由题设知,若m =6,则在第7组中抽取的号码个位数字与13的个位数字相同,而第7组中数字编号依次为60,61,62,63,…,69,故在第7组中抽取的号码是63.故选A.
3.北京某校三个年级共有18个班,学校为了了解同学们的心理状况,将每个班编号,
依次为1到18,现用系统抽样方法,抽取6个班进行调查.若抽到的编号之和为57,则抽到的最小编号为________.
解析:系统抽样的间隔为18
6=3.设抽到的最小编号为x ,
则x +(3+x )+(6+x )+(9+x )+(12+x )+(15+x )=57.解得x =2. 答案:2
4.经问卷调查,某班学生对摄影分别执“喜欢”“不喜欢”和“一般”三种态度,其中执“一般”态度的比“不喜欢”态度的多12人,按分层抽样方法从全班选出部分学生座谈摄影,如果选出5位“喜欢”摄影的同学,1位“不喜欢”摄影的同学和3位执“一般”态度的同学,那么全班学生中“喜欢”摄影的比全班人数的一半还多________人.
解析:设班里“喜欢”摄影的同学有y 人,“一般”的有x 人,“不喜欢”的有(x -12)人,则⎩⎪⎨⎪⎧x -12x =13,y x =53,解得⎩⎪⎨⎪⎧x =18,y =30.所以全班共有30+18+6=54(人),又30-542=3(人).所
以“喜欢”摄影的比全班人数的一半还多3人.
答案:3
5.为了解某市市民晚饭后1小时内的生活方式,调查小组设计了“阅读”“锻炼”“看电视”和“其他”四个选项,用随机抽样的方法调查了该市部分市民,并根据调查结果绘制成统计图如图所示.
根据统计图所提供的信息,解答下列问题: (1)本次共调查了________名市民; (2)补全条形统计图;
(3)该市共有480万市民,估计该市市民晚饭后1小时内“锻炼”的人数. 解:(1)本次共调查的市民人数为800÷40%=2 000.故填2 000.
(2)晚饭后选择“其他”的人数为2 000×28%=560,晚饭后选择“锻炼”的人数为2 000-800-240-560=400.
将条形统计图补充完整,如图所示.
(3)晚饭后选择“锻炼”的人数所占的比例为400÷2 000=20%,故该市市民晚饭后1小时内锻炼的人数为480×20%=96(万).
6.据报道,全国很多省市将英语考试作为高考改革的重点,一时间“英语考试该如何改”引起广泛关注.为了解某地区学生和包括老师、家长在内的社会人士对高考英语改革的看法,某媒体在该地区选择了3 600人进行调查,就“是否取消英语听力”问题进行了问卷调查统计,结果如下表:
态度
调查人群 应该取消 应该保留 无所谓 在校学生 2 100人 120人 y 人 社会人士
600人
x 人
z 人
0.05. (1)现用分层抽样的方法在所有参与调查的人中抽取360人进行问卷访谈,问应在持“无所谓”态度的人中抽取多少人?
(2)在持“应该保留”态度的人中,用分层抽样的方法抽取6人,再平均分成两组进行深入交流.求第一组中在校学生人数ξ的分布列和数学期望.
解:(1)因为抽到持“应该保留”态度的人的概率为0.05, 所以120+x 3 600
=0.05,解得x =60.
所以持“无所谓”态度的人数共有3 600-2 100-120-600-60=720,所以应在持“无所谓”态度的人中抽取720×3603 600
=72(人).
(2)由(1)知持“应该保留”态度的一共有180人,
所以在所抽取的6人中,在校学生为120180×6=4(人),社会人士为60
180×6=2(人),于是
第一组在校学生人数ξ=1,2,3,
P (ξ=1)=C 14C 22C 36=15,P (ξ=2)=C 24C 12C 36=35,P (ξ=3)=C 34C 0
2
C 36=15
,
ξ的分布列为
所以E (ξ)=1×15+2×35+3×1
5=2.。