सांख्यिकी का परिचय: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 12 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

वर्णनात्मक सांख्यिकी

माध्य: x̄ = Σx/n
प्रतिदर्श मानक विचलन: s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
माध्यिका: क्रमबद्ध आँकड़ों का मध्य मान
z-स्कोर: z = (x − μ)/σ
प्रसामान्य बंटन: ±1σ के भीतर 68%, ±2σ के भीतर 95%

प्रायिकता

पूरक: P(not A) = 1 − P(A)
योग नियम: P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
स्वतंत्र घटनाएँ: P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
सप्रतिबंध प्रायिकता: P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
द्विपद: P(X = k) = C(n,k)·p^k(1 − p)^n−k

प्रसामान्य बंटन

z-स्कोर: z = (x − μ)/σ
x से कम: P(X < x) = Φ(z)
x से अधिक: P(X > x) = 1 − Φ(z)
बीच में: Φ(z₂) − Φ(z₁)
शततमक: x = μ + z·σ

विधि

मान को z-स्कोर में बदलें: z = (x − μ)/σ।
Φ(z) देखें, जो z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है।
दाईं ओर के क्षेत्रफल के लिए 1 − Φ(z) लें; किसी अंतराल के लिए दोनों बाएँ क्षेत्रफल घटाएँ।
शतमक के लिए उलटा चलें: क्षेत्रफल के लिए z ज्ञात करें, फिर x = μ + z·σ।

विश्वास्यता अंतराल

σ ज्ञात: x̄ ± z·σ/√n
σ अज्ञात: x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
क्रांतिक z: 90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
प्रतिदर्श आकार: n = (z·σ/E)², rounded up

विधि

z (समष्टि σ ज्ञात) और t (केवल प्रतिदर्श s, n − 1 स्वातंत्र्य कोटि के साथ) में से चुनें।
विश्वास्यता स्तर के लिए क्रांतिक मान ज्ञात करें।
त्रुटि सीमा: E = क्रांतिक मान × मानक विचलन/√n।
अंतराल: x̄ ± E।

परिकल्पना परीक्षण और विश्वास्यता अंतराल

माध्य के लिए z-परीक्षण: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)
माध्य के लिए t-परीक्षण: t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), df = n − 1
5% पर द्वि-पक्षीय: यदि |z| > 1.96 तो H₀ अस्वीकार करें
विश्वास्यता अंतराल: x̄ ± z·σ/√n

विधि

H₀ और H₁ बताएँ और तय करें कि परीक्षण एकपक्षीय है या द्विपक्षीय।
परीक्षण प्रतिदर्शज निकालें: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), या s और t के साथ।
क्रांतिक मान से तुलना करें, या p-मान ज्ञात करें।
यदि प्रतिदर्शज क्रांतिक मान से आगे है (p, α से कम) तो H₀ अस्वीकार करें, और निष्कर्ष शब्दों में बताएँ।

रैखिक समाश्रयण और सहसंबंध

वर्गों के योग: S_xx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, S_xy = Σxy − ΣxΣy/n
ढाल: b = S_xy/S_xx
अंतःखंड: a = ȳ − b·x̄
सहसंबंध: r = S_xy/√(S_xxS_yy)
अवशिष्ट: e = y − ŷ

2अभ्यास प्रश्न

1.वर्णनात्मक सांख्यिकीमध्यम

आँकड़ों का प्रतिदर्श मानक विचलन s ज्ञात करें: 30, 21, 24, 43, 10, 17।

n = 6

s =

2.वर्णनात्मक सांख्यिकीकठिन

परीक्षा अंक माध्य 50 और मानक विचलन 10 के साथ प्रसामान्य रूप से वितरित हैं। 65 अंक का z-स्कोर z ज्ञात करें।

μ = 50σ = 10x = 65

z =

3.प्रायिकतामध्यम

दिखाए गए बंटन के लिए X का मानक विचलन σ ज्ञात कीजिए।

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0.15, 0.2, 0.2, 0.15, 0.3

σ =

4.प्रायिकताकठिन

एक खेल खेलने का मूल्य €5 है। आप प्रायिकता 0.1 से €25 जीतते हैं और प्रायिकता 0.01 से €100; अन्यथा आप कुछ नहीं जीतते। दाँव की राशि लौटाई नहीं जाती। प्रति खेल प्रत्याशित शुद्ध लाभ E(G) ज्ञात कीजिए।

दाँव = €5€25: p = 0.1€100: p = 0.01

E(G) = €

5.प्रसामान्य बंटनमध्यम

z को इस तरह खींचें कि मानक प्रसामान्य वक्र के नीचे −z और z के बीच का छायांकित क्षेत्रफल 0.8501 हो। z को दो दशमलव स्थानों तक ज्ञात करें।

A = 0.8501

z =

6.प्रसामान्य बंटनकठिन

परीक्षा अंक औसत 65 अंक और मानक विचलन 10 अंक के साथ प्रसामान्य रूप से बंटे हैं। कट-ऑफ़ को इस तरह खींचें कि छायांकित निचला 25% उसके बाईं ओर हो। कट-ऑफ़ x ज्ञात करें।

μ = 65 अंकσ = 10 अंक25%

x = अंक

7.विश्वास्यता अंतरालमध्यम

20 रोगियों का रक्तचाप एक उपचार से पहले और बाद में मापा जाता है। अंतरों d = पहले − बाद (mmHg) का माध्य −1.7 और मानक विचलन 3.2 है। माध्य अंतर के लिए 95% विश्वास्यता अंतराल की ऊपरी सीमा ज्ञात कीजिए।

n = 20d̄ = −1.7s_d = 3.295%t(19) = 2.093

ऊपरी सीमा = mmHg

8.विश्वास्यता अंतरालकठिन

दोषपूर्ण उत्पादों के अनुपात के बारे में पहले से कुछ ज्ञात नहीं है। कितने उत्पादों n का निरीक्षण करना होगा ताकि अनुपात के लिए 99% विश्वास्यता अंतराल की त्रुटि सीमा अधिकतम 0.01 हो?

p = 0.5E = 0.0199%

n =

9.परिकल्पना परीक्षण और विश्वास्यता अंतरालमध्यम

64 छात्रों के प्रतिदर्श का माध्य अंक 74.1 और प्रतिदर्श मानक विचलन 4 है। H₀: μ = 75 के लिए परीक्षण सांख्यिकी t ज्ञात करें।

μ₀ = 75x̄ = 74.1s = 4n = 64

t =

10.परिकल्पना परीक्षण और विश्वास्यता अंतरालकठिन

H₀: μ = 80 बनाम H₁: μ < 80 का एकपक्षीय z परीक्षण α = 0.01 पर 100 के प्रतिदर्श के साथ किया जाता है; मानक विचलन 30 ज्ञात है। वास्तव में माध्य 73.4 है। द्वितीय प्रकार की त्रुटि की प्रायिकता β प्रतिशत में ज्ञात कीजिए।

μ₀ = 80μ = 73.4σ = 30n = 100α = 0.01

β = %

11.रैखिक समाश्रयण और सहसंबंधमध्यम

तालिका x = अध्ययन के घंटे और y = परीक्षा अंक के 5 युग्मित प्रेक्षण देती है। पियर्सन सहसंबंध गुणांक r ज्ञात कीजिए।

n = 5

r =

12.रैखिक समाश्रयण और सहसंबंधकठिन

तालिका x = अध्ययन के घंटे और y = परीक्षा अंक के 5 युग्मित प्रेक्षण देती है। न्यूनतम-वर्ग रेखा ŷ = a + b·x का उपयोग करें। एक नया प्रेक्षण (5.5, 79) लिया गया है। इसका अवशिष्ट e = y − ŷ ज्ञात कीजिए।

n = 5(5.5, 79)

e =

3विलयन

1.वर्णनात्मक सांख्यिकी

उत्तर: s = 11.41

वर्णनात्मक सांख्यिकी: माध्य योग को n से भाग देने पर मिलता है; माध्यिका क्रमबद्ध आँकड़ों का मध्य मान है (n सम हो तो दो मध्य मानों का औसत)। प्रतिदर्श मानक विचलन s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))। z-स्कोर z = (x − μ)/σ बताता है कि कोई मान माध्य से कितने मानक विचलन दूर है।

माध्य

x̄ = 145/6 = 24.17

विचलनों के वर्ग

Σ(x − x̄)² = 5.833² + (−3.167)² + (−0.1667)² + 18.83² + (−14.17)² + (−7.167)² = 650.8

मानक विचलन

s = √(650.8/5) = 11.41

उत्तर

s = 11.41

2.वर्णनात्मक सांख्यिकी

उत्तर: z = 1.5

मानकीकृत करें

z = (65 − 50)/10 = 1.5

उत्तर

z = 1.5

3.प्रायिकता

उत्तर: σ = 1.445

असतत यादृच्छिक चर: प्रायिकता बंटन चर के हर संभव मान x को उसकी प्रायिकता p(x) के साथ सूचीबद्ध करता है; प्रायिकताएँ 0 और 1 के बीच होती हैं और उनका योग 1 होता है। प्रत्याशित मान (माध्य) E(X) = Σx·p(x) है, दीर्घकालिक औसत। प्रसरण Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ² है, और मानक विचलन σ = √Var(X)। रैखिक परिवर्तन Y = aX + b के लिए: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) और σ_Y = |a|·σ_X; अचर जोड़ने से फैलाव नहीं बदलता।

माध्य

μ = 0·0.15 + 1·0.2 + 2·0.2 + 3·0.15 + 4·0.3 = 2.25

वर्गों का माध्य

E(X²) = 0·0.15 + 1·0.2 + 4·0.2 + 9·0.15 + 16·0.3 = 7.15

प्रसरण

Var(X) = 7.15 − 2.25² = 2.087

σ = √2.087 = 1.445

उत्तर

σ = 1.445

4.प्रायिकता

उत्तर: E(G) = −1.5 €

शुद्ध परिणाम

G: 20 (p = 0.1), 95 (p = 0.01), −5 (p = 0.89)

प्रत्याशित मान

E(G) = 20·0.1 + 95·0.01 − 5·0.89 = −1.5 €

उत्तर

E(G) = −1.5 €

ऋणात्मक मान का अर्थ है कि औसतन आपका पैसा घटता है।

5.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: z = 1.44

क्षेत्रफल से वापस z तक: Φ(z), z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है। बाईं पूँछ के क्षेत्रफल A के लिए सारणी में Φ(z) = A वाला z ढूँढें। दाईं पूँछ के क्षेत्रफल A का अर्थ Φ(z) = 1 − A है। −z और z के बीच का केंद्रीय क्षेत्रफल A हर पूँछ में (1 − A)/2 छोड़ता है, इसलिए Φ(z) = (1 + A)/2। मान x के लिए x = μ + zσ का उपयोग करें।

z के बाईं ओर का क्षेत्रफल

Φ(z) = (1 + 0.8501)/2 = 0.9251

z-सारणी को उलटा पढ़ें

सारणी के भीतर 0.9251 खोजें और z पढ़ें।

z = 1.44

उत्तर

z = 1.44

6.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: x = 58.3 अंक

बाईं ओर का क्षेत्रफल

Φ(z) = 0.25

सारणी से z

z ≈ −0.67

मूल इकाइयों में वापस

x = 65 − 0.67·10 = 58.3 अंक

उत्तर

x = 58.3 अंक

7.विश्वास्यता अंतराल

उत्तर: ऊपरी सीमा = −0.2024 mmHg

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.

क्रांतिक मान

df = 19, t = 2.093

त्रुटि सीमा

E = 2.093·3.2/√20 = 1.498

अंतराल

−1.7 ± 1.498 → [−3.198, −0.2024]

उत्तर

ऊपरी सीमा = −0.2024 mmHg

8.विश्वास्यता अंतराल

उत्तर: n = 16590

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

n ज्ञात करें

n = 2.576²·0.5·0.5/0.01² = 16589

ऊपर पूर्णांकित करें

n = 16590

उत्तर

n = 16590

9.परिकल्पना परीक्षण और विश्वास्यता अंतराल

उत्तर: t = −1.8

माध्य का परीक्षण: परीक्षण सांख्यिकी मापती है कि प्रतिदर्श माध्य H₀ में दावा किए गए मान से कितनी मानक त्रुटियाँ दूर है: σ ज्ञात हो तो z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), प्रतिदर्श से अनुमानित हो तो t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)। विश्वास्यता अंतराल x̄ ± (क्रांतिक मान)·(मानक त्रुटि) है।

मानक त्रुटि

SE = 4/√64 = 4/8 = 0.5

परीक्षण सांख्यिकी

t = (74.1 − 75)/0.5 = −1.8

उत्तर

t = −1.8

t_{0.025; df = 63} = 1.998

|t| < 1.998, इसलिए H₀ को 5% स्तर पर अस्वीकार नहीं किया जाता (द्विपक्षीय)।

10.परिकल्पना परीक्षण और विश्वास्यता अंतराल

उत्तर: β = 55.01 %

परीक्षण की शक्ति: शक्ति = 1 − β, H₀ के असत्य होने पर उसे अस्वीकार करने की प्रायिकता है। μ₀ और z_α से सीमा x̄c ज्ञात करें, फिर वास्तविक माध्य से x̄c से आगे आने की प्रायिकता निकालें: z = (x̄c − μ)/(σ/√n)।

क्रांतिक प्रतिदर्श माध्य

SE = 30/√100 = 3

x̄_c = 80 − 2.326·3 = 73.02

वास्तविक माध्य के अंतर्गत z

z = (73.02 − 73.4)/3 = −0.126

द्वितीय प्रकार की त्रुटि

शक्ति = P(Z < −0.126) = 44.99%

β = 100% − 44.99% = 55.01%

उत्तर

β = 55.01%

11.रैखिक समाश्रयण और सहसंबंध

उत्तर: r = 0.9946

न्यूनतम-वर्ग समाश्रयण: माध्य x̄ और ȳ के साथ Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² और Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) लेने पर रेखा ŷ = a + b·x की ढाल b = Sxy/Sxx और अंतःखंड a = ȳ − b·x̄ है, इसलिए यह हमेशा (x̄, ȳ) से होकर जाती है। पियर्सन सहसंबंध गुणांक r = Sxy/√(Sxx·Syy), −1 और 1 के बीच होता है; r², y के विचरण का वह अंश है जिसे रेखा स्पष्ट करती है।

माध्य

x̄ = 35/5 = 7

ȳ = 408/5 = 81.6

वर्गों और गुणनफलों के योग

S_xx = Σ(x − x̄)² = 40

S_xy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 280

S_yy = Σ(y − ȳ)² = 1981

सहसंबंध गुणांक

r = 280/√(40·1981) = 0.9946

उत्तर

r = 0.9946

12.रैखिक समाश्रयण और सहसंबंध

उत्तर: e = 3.6

माध्य

x̄ = 25/5 = 5

ȳ = 365/5 = 73

वर्गों और गुणनफलों के योग

S_xx = Σ(x − x̄)² = 10

S_xy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 48

समाश्रयण रेखा

b = 48/10 = 4.8

a = 73 − 4.8·5 = 49

ŷ = 49 + 4.8·x

पूर्वानुमानित मान

ŷ = 49 + 4.8·5.5 = 75.4

अवशिष्ट

e = 79 − 75.4 = 3.6

उत्तर

e = 3.6

बिंदु रेखा के ऊपर है।

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