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Misure di dispersione: range, scarto medio, varianza e deviazione standard

Dispersione significa quanto i valori sono sparpagliati intorno al centro. Range = valore massimo − valore minimo. Scarto medio = distanza media dalla media (o dalla mediana). Varianza = media dei quadrati delle distanze dalla media. Deviazione standard = √varianza. Per i dati raggruppati le stesse idee valgono se ogni termine viene moltiplicato per la sua frequenza.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Due squadre hanno la stessa media di 6 punti. Ma la squadra A fa 2, 4, 6, 8, 10 e la squadra B fa 5, 6, 6, 6, 7. La media nasconde la differenza. Il range = massimo − minimo la mostra: 8 contro 2.
  2. Misura quanto ogni punteggio dista dalla media 6. Le distanze sono 4, 2, 0, 2, 4. La loro media, 12 ÷ 5 = 2.4, è lo scarto medio.
  3. Ora costruisci un quadrato su ogni distanza. Le aree sono 16, 4, 0, 4, 16. La loro media, 40 ÷ 5 = 8, è la varianza.
  4. La varianza è in unità al quadrato, quindi ne facciamo la radice quadrata: σ = √8 ≈ 2.83. Questa è la deviazione standard. La maggior parte dei punteggi sta entro media ± σ.
  5. Dati raggruppati: metti f blocchi sul valore centrale di ogni classe. Moltiplica ogni distanza (o quadrato) per f, somma e dividi per N.
  6. Gioco libero: muovi cinque punteggi con i cursori. Allargali e guarda crescere range, scarto medio e σ.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Se le medie sono uguali, come possono essere diversi i dati?

La media è solo il punto di equilibrio. La squadra A e la B si equilibrano entrambe su 6, ma i punteggi di A stanno lontani da 6 e quelli di B vicini. La dispersione è un fatto a parte.

Perché non usare solo il range?

Il range usa solo i due valori estremi. Un valore strano lo cambia molto. Lo scarto medio e la SD usano tutti i valori.

Perché nello scarto medio usiamo il valore assoluto?

Le distanze a sinistra della media sono negative e quelle a destra positive. Sommate così si annullano a zero. Il valore assoluto mantiene ogni distanza positiva.

Perché elevare al quadrato le distanze? Perché non tenere lo scarto medio?

I quadrati sono comodi nei calcoli algebrici e danno più peso alle distanze grandi. I quadrati 3D mostrano che una distanza di 4 conta 16, non 4.

Perché alla fine si fa la radice quadrata?

La varianza è in unità al quadrato (punti², cm²). La radice quadrata riporta σ nell'unità dei dati.

Nei dati raggruppati, quale x usiamo?

Il valore centrale di ogni classe, (estremo inferiore + estremo superiore) ÷ 2. Tutti gli f blocchi di quella classe stanno su quel punto.

Le parole da conoscere prima

Perché serve? Due elenchi possono avere la stessa media ma essere molto diversi. La sola media non li distingue.

Il range

Range = valore massimo − valore minimo.

È veloce. Ma guarda solo due numeri. Un valore molto grande o molto piccolo (un valore anomalo) può rendere il range enorme anche se tutti gli altri sono vicini. Servono misure migliori.

Scarto medio per dati non raggruppati

Trova la distanza di ogni valore da un centro a (la media o la mediana). Distanza vuol dire che ignoriamo il segno meno: |x − a|.

S.M.(a) = Σ|xᵢ − a| ÷ n

Passi: (1) trova la media o la mediana, (2) scrivi ogni |x − a|, (3) sommali, (4) dividi per n.

Perché il valore assoluto? Gli scarti semplici x − x̄ sommano sempre 0. Meno e più si annullano. Togliere i segni lo evita.

Fatto: lo scarto medio rispetto alla mediana è il più piccolo scarto medio possibile.

Scarto medio per dati raggruppati

Tabella di frequenze discreta (valori x con frequenze f, N = Σf): S.M.(a) = Σfᵢ|xᵢ − a| ÷ N.

Classi continue (come 0–10, 10–20): usa il valore centrale di ogni classe come x, poi la stessa formula.

Per la mediana di una tabella continua: calcola N/2, trova la classe mediana con la frequenza cumulata, poi Mediana = l + ((N/2 − cf) ÷ f) × h, dove l è il limite inferiore, cf la frequenza cumulata prima della classe, f la sua frequenza e h l'ampiezza della classe.

Varianza e deviazione standard per dati non raggruppati

Varianza σ² = Σ(xᵢ − x̄)² ÷ n. Il quadrato toglie i segni meno e dà più peso alle distanze grandi.

Deviazione standard σ = √varianza. Torna nella stessa unità dei dati (voti, cm, punti).

Formula rapida (utile quando la media è decimale): σ² = Σx² ÷ n − (x̄)², oppure σ = (1/n)√(nΣx² − (Σx)²).

σ non è mai negativa. σ = 0 solo quando tutti i valori sono uguali.

Varianza e deviazione standard per dati raggruppati

Discreti o continui (usa i valori centrali x): σ² = Σfᵢ(xᵢ − x̄)² ÷ N, oppure la formula rapida σ² = Σfx² ÷ N − (x̄)².

Metodo dello scarto ridotto (fa risparmiare lavoro con numeri grandi): scegli una media presunta A e l'ampiezza di classe h, poni u = (x − A) ÷ h. Allora

σ² = h² [ Σfu² ÷ N − (Σfu ÷ N)² ] e x̄ = A + h × Σfu ÷ N.

Cambiare origine (sommare un numero a ogni valore) non cambia σ. Moltiplicare ogni valore per k moltiplica σ per |k|.

Confrontare due insiemi di dati: coefficiente di variazione

Quando le medie sono diverse, confronta la dispersione con C.V. = (σ ÷ x̄) × 100. L'insieme con il C.V. più piccolo è più regolare (più stabile).

Prova tu: misura la dispersione della tua famiglia

Chiedi a 5 persone di casa quanti minuti hanno dormito ieri notte (o usa 5 voti di compiti). Scrivi i numeri. Trova il range, poi la media, poi ogni distanza dalla media, poi i quadrati. Calcola σ. Ora inserisci gli stessi 5 numeri con i cursori nell'ultimo passo 3D e controlla il tuo risultato. Poi sposta un cursore molto lontano e guarda quanto salta σ.

Come si presenta la verifica

Nell'unità di Statistica e Probabilità una domanda tipica a risposta aperta chiede lo scarto medio oppure la varianza e la SD di una tabella raggruppata. Mostra sempre la tabella con le colonne x, f, fx, d oppure u, fd², così prendi punti anche sui passaggi.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Trova il range di 12, 7, 19, 3, 15.

Massimo = 19, minimo = 3. Range = 19 − 3 = 16.

2. Trova lo scarto medio dalla media per 3, 5, 7, 9, 11.

Media = 35 ÷ 5 = 7. Distanze |x − 7|: 4, 2, 0, 2, 4. Somma = 12. S.M. = 12 ÷ 5 = 2.4.

3. Trova lo scarto medio dalla mediana per 4, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 17.

8 valori in ordine, quindi mediana = (9 + 10) ÷ 2 = 9.5. Distanze: 5.5, 2.5, 1.5, 0.5, 0.5, 2.5, 3.5, 7.5. Somma = 24. S.M. = 24 ÷ 8 = 3.

4. Trova varianza e deviazione standard di 6, 8, 10, 12, 14.

Media = 50 ÷ 5 = 10. Scarti: −4, −2, 0, 2, 4. Quadrati: 16, 4, 0, 4, 16. Somma = 40. Varianza = 40 ÷ 5 = 8. SD = √8 ≈ 2.83.

5. Per la tabella x: 2, 4, 6, 8 con f: 1, 3, 4, 2, trova lo scarto medio dalla media e la deviazione standard.

N = 10. Σfx = 2 + 12 + 24 + 16 = 54, quindi x̄ = 5.4. |x − 5.4|: 3.4, 1.4, 0.6, 2.6. f|x − 5.4|: 3.4, 4.2, 2.4, 5.2, somma 15.2, quindi S.M. = 1.52. Σfx² = 4 + 48 + 144 + 128 = 324. σ² = 324 ÷ 10 − 5.4² = 32.4 − 29.16 = 3.24. σ = 1.8.

6. Le classi 0–10, 10–20, 20–30, 30–40, 40–50 hanno frequenze 2, 3, 5, 3, 2. Trova lo scarto medio dalla media, la varianza e la SD.

Valori centrali x: 5, 15, 25, 35, 45; N = 15. Σfx = 10 + 45 + 125 + 105 + 90 = 375, x̄ = 25. |x − 25|: 20, 10, 0, 10, 20; f per questi: 40, 30, 0, 30, 40 = 140; S.M. = 140 ÷ 15 ≈ 9.33. f(x − 25)²: 800, 300, 0, 300, 800 = 2200. σ² = 2200 ÷ 15 ≈ 146.67. σ ≈ 12.11.

7. Fai lo stesso con la stessa tabella (2, 3, 5, 3, 2 su 0–50) usando il metodo dello scarto ridotto.

Prendi A = 25, h = 10, u = (x − 25) ÷ 10: −2, −1, 0, 1, 2. fu: −4, −3, 0, 3, 4, Σfu = 0. fu²: 8, 3, 0, 3, 8, Σfu² = 22. σ² = 10² × [22 ÷ 15 − 0²] = 100 × 1.4667 ≈ 146.67. Stesso risultato con numeri più piccoli.

8. Le classi 0–10, 10–20, 20–30, 30–40 hanno frequenze 4, 6, 8, 2. Trova lo scarto medio dalla mediana.

N = 20, N/2 = 10. Frequenze cumulate: 4, 10, 18, 20. La prima classe con cf maggiore di 10 è 20–30, quindi l = 20, cf = 10, f = 8, h = 10. Mediana = 20 + ((10 − 10) ÷ 8) × 10 = 20. Valori centrali 5, 15, 25, 35; |x − 20|: 15, 5, 5, 15; f per questi: 60, 30, 40, 30 = 160. S.M. = 160 ÷ 20 = 8.

9. Battitore A: media 50, SD 10. Battitore B: media 80, SD 12. Chi è più regolare?

C.V.(A) = 10 ÷ 50 × 100 = 20%. C.V.(B) = 12 ÷ 80 × 100 = 15%. B ha il C.V. più piccolo, quindi B è più regolare.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Il range di 8, 3, 15, 10, 6 è:
2. La deviazione standard è:
3. La somma degli scarti Σ(x − x̄) dalla media è sempre:
4. Se ogni valore aumenta di 5, la deviazione standard:
5. La varianza di 2, 2, 2, 2 è:

Esercizi: rispondi da solo

Scrivi o scegli la risposta, poi premi Controlla. Usa un suggerimento se sei bloccato; la soluzione completa appare dopo la tua risposta.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra varianza e deviazione standard?

La varianza è la media dei quadrati delle distanze dalla media. La deviazione standard è la sua radice quadrata, quindi ha la stessa unità dei dati.

Meglio lo scarto medio dalla media o dalla mediana?

Sono ammessi entrambi. Lo scarto medio dalla mediana è il più piccolo possibile ed è meno influenzato da valori molto grandi o molto piccoli.

Quando uso il metodo dello scarto ridotto?

Quando i valori centrali sono grandi e a distanza uguale. Dividere per l'ampiezza di classe h tiene i numeri piccoli; alla fine si moltiplica per h².

Dove si studia

Canada (Ontario)Grade 11D. Data Management
Canada (Ontario)Grade 12D. Statistical Analysis
RomaniaClasa a X-aFinancial mathematics
CBSE (India)Class 11Descriptive Statistics
CBSE (India)Class 11Statistics and Probability
England (GCSE, A level)Year 102. Processing, representing and analysing data (part 1)
England (GCSE, A level)Year 12K-L Statistical sampling and data
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Exploring One-Variable Data and Collecting Data
Japan高校1年Data analysis
South Korea고등학교 2학년The process of convergent inquiry
South Korea고등학교 2학년Collecting and organising data
FranceSecondeStatistics and probability
Russia8 классSpread of data
Russia10 классDescriptive statistics
China八年级(初二)Ch.24 Data analysis

Da studiare prima

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