方差计算公式的变形及应用

方差计算公式的变形及应用

江苏 庄亿农

我们知道，对于一组数据x 1、x 2、…x n ，若其平均数为x ，则其方差可用公式

S 2=21)[(1

x x n

-+22)(x x -+…+2)(x x n -]计算出来．我们可以对其作如下变形： 2s =

n 1[( x 21+2x －2 x 1x )+( x 22+2x －2 x 2x )+…+( x 2n +2x －2 x n x )]=n

1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )+n 2x －2x ( x 1+ x 2+…+ x n )]= n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )+ n 2x －2n 2x ]=n

1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )－n 2x ]=n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )－n 1(x 1+x 2+…+ x n )2]，即2s =n 1[ (x 21+x 22+…+ x 2n )－n 1(x 1+x 2+…+ x n )2]．显然当x 1=x 2=…=x n 时，2s =0．

这个变形公式很有用处，在解决有些问题中，巧妙地利用这个变形公式，可化繁为简，具有事半功倍之效．

一、判断三角形形状

例1 若△ABC 的三边a 、b 、c ，满足b+c=8，bc=a 2－12a+52，试判断△ABC 的形状． 解析：因为b+c=8，所以(b+c)2=64，所以b 2+c 2=64－2bc ．因为bc=a 2－12a+52，所以b 2+c 2=64－2(a 2－12a+52)=－2a 2+24a －40．由方差变形公式知，b 、c 的方差为2s =21[(b 2+c 2)－21(b+c)2]= 21[(－2a 2+24a －40)－2

1×64]=－a 2+12a －36=－(a －6)2．因为2s ≥0，则－(a －6)2≥0，即 (a －6)2≤0，而(a －6)2≥0，所以(a －6)2=0，所以a －6=0，所以a=6．所以2

s =0，所以b=c ．又b+c=8，所以b=c=4．所以△ABC 是等腰三角形．

二、解方程组 例2 解方程组⎪⎩

⎪⎨⎧+==+22493z xy y x ． 解析：两个方程，三个未知数，一般情况下是求不出具体的未知数的值的．若考虑利用方差变形公式，则能解决问题．

因为x+y=3，所以(x+y)2=9，所以x 2+y 2=9－2xy ．因为xy=

4

9+2z 2，所以x 2+y 2=9－2(49+2z 2)=29－4z 2．由方差变形公式知，x 、y 的方差为2s =21[ (x 2+y 2)－21(x+y)2]=21[29－4z 2－21×9]=－2z 2．因为2s ≥0，－2z 2≥0，则2z 2≤0，而z 2≥0，所以z=0．所以2s =0，所

以x=y ．又x+y=3，所以x=23，y=23．所以原方程组的解为⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎨⎧===0

2323z y x ．