E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
القيم الحرجة (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
القرار
ارفض H0 إذا كان χ² > χ²crit
2مسائل تدريبية
1.التوزيع الطبيعيمتوسطة
كتل أكياس الإسمنت مستقلة وطبيعية بمتوسط 25 kg وانحراف معياري 0,5 kg. أوجد الاحتمال P بأن تقل الكتلة الكلية لـ 6 منها عن 149,4 kg. قرّب z إلى منزلتين عشريتين.
μ = 25 kgσ = 0,5 kgn = 6< 149.4 kg
P =
2.التوزيع الطبيعيصعبة
تتوزع أعمار البطاريات توزيعًا طبيعيًا بمتوسط 500 h وانحراف معياري 40 h. اسحب حد القطع بحيث تقع المساحة المظللة للأعلى 80% على يمينه. أوجد حد القطع x.
μ = 500 hσ = 40 h80%
x = h
3.فترات الثقةمتوسطة
يُقارَن عمر البطارية لطرازين من الهواتف. الطراز 1: 40 هاتفًا، المتوسط 119 h، الانحراف المعياري المعلوم 9 h. الطراز 2: 50 هاتفًا، المتوسط 114 h، الانحراف المعياري المعلوم 4 h. أوجد الحد الأدنى لفترة الثقة 95% للفرق μ₁ − μ₂.
تُقارن طريقتا تدريس. المجموعة 1: 7 طالبًا، متوسط الدرجة 20، الانحراف المعياري 3,5. المجموعة 2: 7 طالبًا، متوسط الدرجة 15,3، الانحراف المعياري 12. افترض تساوي تبايني المجتمعين واستخدم اختبار t المجمَّع لعينتين. أوجد إحصائية الاختبار t للفرضية H₀: μ₁ = μ₂، مع أخذ الفرق x̄₁ − x̄₂ (المجموعة 1 ناقص المجموعة 2).
n₁ = 7x̄₁ = 20s₁ = 3,5n₂ = 7x̄₂ = 15,3s₂ = 12
t =
6.اختبارات الفرضيات وفترات الثقةصعبة
عينة من 81 قياسًا متوسطها 200,4. الانحراف المعياري للمجتمع 8. أوجد الحد الأدنى L لفترة الثقة 95% للمتوسط.
x̄ = 200,4σ = 8n = 8195%
L =
7.الانحدار الخطي والارتباطمتوسطة
يعطي الجدول 6 مشاهدات مزدوجة لـ x = درجة الحرارة بالـ °C و y = المثلّجات المبيعة. أوجد معامل ارتباط بيرسون r.
n = 6
r =
8.الانحدار الخطي والارتباطصعبة
يعطي الجدول 6 مشاهدات مزدوجة لـ x = عمر السيارة بالسنوات و y = السعر بالـ k€. استخدم خط المربعات الصغرى ŷ = a + b·x. تنبّأ بـ ŷ عند x = 5,5.
n = 6x = 5,5
ŷ =
9.اختبارات مربع كايمتوسطة
يبيّن جدول التوافق التكرارات المشاهَدة. لاختبار مربع كاي للاستقلالية، أوجد التكرار المتوقَّع E للخلية «الموظفون، السيارة».
مجموع الصف = 106مجموع العمود = 85N = 198
E =
10.اختبارات مربع كايصعبة
يتحقّق اختبار مربع كاي لجودة المطابقة مما إذا كانت التكرارات في 5 فئات تتبع توزيع بواسون يُقدَّر متوسطه من البيانات نفسها. كم درجة حرية df للاختبار؟
k = 5
df =
3المحاليل
1.التوزيع الطبيعي
الإجابة: P = 0,3121
مجاميع المتغيرات الطبيعية وفروقها: إذا كان X وY مستقلين وطبيعيين فإن X + Y وX − Y طبيعيان أيضًا. تُجمع المتوسطات أو تُطرح: E(X ± Y) = μX ± μY. أما التباينات فدائمًا تُجمع، حتى في الفرق: Var(X ± Y) = σX² + σY²، إذن σ = √(σX² + σY²). ولا تُجمع الانحرافات المعيارية مباشرةً أبدًا. مجموع n عنصرًا مستقلًا لها التوزيع نفسه متوسطه n·μ وانحرافه المعياري σ·√n. ثم عيّر كالمعتاد: z = (x − المتوسط)/σ واقرأ Φ(z).
توزيع المجموع الكلي
μT = 150 kg, σT = 0,5·√6 = 1,225 kg
حوّل إلى الصيغة المعيارية
z = (149,4 − 150)/1,225 = −0,49
الاحتمال
P = Φ(−0,49) = 0,3121
الإجابة
P = 0,3121
2.التوزيع الطبيعي
الإجابة: x = 466 h
من مساحة إلى z: Φ(z) هي المساحة على يسار z. لمساحة ذيل أيسر A، أوجد z التي تحقق Φ(z) = A في الجدول. ومساحة ذيل أيمن A تعني Φ(z) = 1 − A. ومساحة مركزية A بين −z وz تترك (1 − A)/2 في كل ذيل، إذن Φ(z) = (1 + A)/2. ولقيمة x استخدم x = μ + zσ.
المساحة على اليسار
Φ(z) = 0,2
z من الجدول
z ≈ −0,84
العودة إلى الوحدات الأصلية
x = 500 − 0,84·40 = 466 h
الإجابة
x = 466 h
3.فترات الثقة
الإجابة: الحد الأدنى = 1,999 h
Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.
التقدير النقطي
x̄₁ − x̄₂ = 119 − 114 = 5
الخطأ المعياري
SE = √(9²/40 + 4²/50) = 1,531
هامش الخطأ
E = 1,96·1,531 = 3,001
الفترة
5 ± 3,001 → [1,999, 8,001]
الإجابة
الحد الأدنى = 1,999 h
الفترة لا تحتوي على 0، لذا يختلف المتوسطان اختلافًا دالًّا إحصائيًا.
4.فترات الثقة
الإجابة: الحد الأدنى = 4,75 kg
Interval for a difference: estimate ± critical value × standard error. For two independent means with known σ: SE = √(σ₁²/n₁ + σ₂²/n₂) and z. With equal unknown variances: pooled s_p and t with n₁ + n₂ − 2 degrees of freedom. For paired data, work with the differences: d̄ ± t·s_d/√n.
الانحراف المعياري المجمَّع
sp² = (14·3² + 15·7,5²)/29 = 33,44
sp = 5,783
هامش الخطأ
E = 2,045·5,783·√(1/15 + 1/16) = 4,25
الفترة
9 ± 4,25 → [4,75, 13,25]
الإجابة
الحد الأدنى = 4,75 kg
5.اختبارات الفرضيات وفترات الثقة
الإجابة: t = 0,9948
Hypothesis test: the test statistic = (estimate − value under H₀)/(standard error under H₀). The p-value is the probability, assuming H₀ is true, of a statistic at least as extreme as the one observed: the area in one tail for a one-sided H₁, twice the tail area for a two-sided H₁. Reject H₀ when p ≤ α.
التباين المجمَّع
sp² = (6·3,5² + 6·12²)/12 = 78,13
sp = 8,839
الخطأ المعياري
SE = 8,839·√(1/7 + 1/7) = 4,725
إحصائية الاختبار
t = (20 − 15,3)/4,725 = 0,9948
الإجابة
t = 0,9948
مع df = 12، القيمة الحرجة ثنائية الطرف عند 5% هي 2,179؛ و|t| أصغر، لذا لا تُرفض H₀.
6.اختبارات الفرضيات وفترات الثقة
الإجابة: L = 198,7
اختبار المتوسط: تقيس إحصائية الاختبار كم خطأً معياريًا يبعد متوسط العينة عن القيمة المزعومة في H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) عندما تكون σ معلومة، و t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) عندما تُقدَّر من العينة. فترة الثقة هي x̄ ± (القيمة الحرجة)·(الخطأ المعياري).
هامش الخطأ
E = 1,96·8/√81 = 1,742
حد الفترة
L = 200,4 − 1,742 = 198,7
الإجابة
L = 198,7
7.الانحدار الخطي والارتباط
الإجابة: r = 0,9841
انحدار المربعات الصغرى: مع x̄ و ȳ المتوسطين، و Sxx = Σ(x − x̄)²، و Syy = Σ(y − ȳ)² و Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ)، يكون للخط ŷ = a + b·x الميل b = Sxy/Sxx والمقطع a = ȳ − b·x̄، لذا يمرّ دائمًا بالنقطة (x̄, ȳ). معامل ارتباط بيرسون r = Sxy/√(Sxx·Syy) يقع بين −1 و 1؛ و r² هو نسبة التباين في y التي يفسّرها الخط.
المتوسطات
x̄ = 120/6 = 20
ȳ = 633/6 = 105,5
مجاميع المربعات والضروب
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 395
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2302
معامل الارتباط
r = 395/√(70·2302) = 0,9841
الإجابة
r = 0,9841
8.الانحدار الخطي والارتباط
الإجابة: ŷ = 11,87
انحدار المربعات الصغرى: مع x̄ و ȳ المتوسطين، و Sxx = Σ(x − x̄)²، و Syy = Σ(y − ȳ)² و Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ)، يكون للخط ŷ = a + b·x الميل b = Sxy/Sxx والمقطع a = ȳ − b·x̄، لذا يمرّ دائمًا بالنقطة (x̄, ȳ). معامل ارتباط بيرسون r = Sxy/√(Sxx·Syy) يقع بين −1 و 1؛ و r² هو نسبة التباين في y التي يفسّرها الخط.
المتوسطات
x̄ = 21/6 = 3,5
ȳ = 99/6 = 16,5
مجاميع المربعات والضروب
Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −40,5
خط الانحدار
b = −40,5/17,5 = −2,314
a = 16,5 − (−2,314)·3,5 = 24,6
ŷ = 24,6 − 2,314·x
التنبؤ
ŷ = 24,6 + (−2,314)·5,5 = 11,87
الإجابة
ŷ = 11,87
9.اختبارات مربع كاي
الإجابة: E = 45,51
اختبارات مربع كاي: قارن التكرارات المشاهَدة O بالتكرارات المتوقَّعة E تحت H₀ باستخدام χ² = Σ(O − E)²/E. جودة المطابقة: E = n·p لكل فئة، df = k − 1 (ناقص واحد إضافي لكل معلَمة تُقدَّر من البيانات). الاستقلالية في جدول r × c: E = مجموع الصف × مجموع العمود / المجموع الكلي، df = (r − 1)(c − 1). ارفض H₀ عندما تتجاوز χ² القيمة الحرجة عند α المختارة.
التكرار المتوقَّع
E = 106·85/198 = 45,51
الإجابة
E = 45,51
10.اختبارات مربع كاي
الإجابة: df = 3
اختبارات مربع كاي: قارن التكرارات المشاهَدة O بالتكرارات المتوقَّعة E تحت H₀ باستخدام χ² = Σ(O − E)²/E. جودة المطابقة: E = n·p لكل فئة، df = k − 1 (ناقص واحد إضافي لكل معلَمة تُقدَّر من البيانات). الاستقلالية في جدول r × c: E = مجموع الصف × مجموع العمود / المجموع الكلي، df = (r − 1)(c − 1). ارفض H₀ عندما تتجاوز χ² القيمة الحرجة عند α المختارة.