Statistica: pacchetto last-minute

Formulari, i passaggi chiave del metodo per ogni argomento e 12 esercizi, con le soluzioni complete in fondo.

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1Formule e metodi

Statistica descrittiva

Media
x̄ = Σx/n
Deviazione standard campionaria
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
valore centrale dei dati ordinati
Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Distribuzione normale
68% entro ±1σ, 95% entro ±2σ

Probabilità

Complementare
P(not A) = 1 − P(A)
Regola della somma
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Eventi indipendenti
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Probabilità condizionata
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Binomiale
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Distribuzione normale

Punteggio z
z = (x − μ)/σ
Sotto x
P(X < x) = Φ(z)
Sopra x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tra due valori
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentile
x = μ + z·σ

Metodo

  1. Converti il valore in un punteggio z: z = (x − μ)/σ.
  2. Cerca Φ(z), l’area a sinistra di z.
  3. Per l’area a destra usa 1 − Φ(z); per un intervallo sottrai le due aree a sinistra.
  4. Per un percentile procedi a ritroso: trova z per l’area, poi x = μ + z·σ.

Intervalli di confidenza

σ nota
x̄ ± z·σ/√n
σ incognita
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
z critico
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Numerosità campionaria
n = (z·σ/E)², rounded up

Metodo

  1. Scegli tra z (σ della popolazione nota) e t (solo la s del campione, con n − 1 gradi di libertà).
  2. Trova il valore critico per il livello di confidenza.
  3. Margine di errore: E = valore critico × deviazione standard/√n.
  4. Intervallo: x̄ ± E.

Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Test z per una media
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t per una media
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Bilaterale al 5%
rifiuta H0 se |z| > 1,96
Intervallo di confidenza
x̄ ± z·σ/√n

Metodo

  1. Formula H₀ e H₁ e stabilisci se il test è unilaterale o bilaterale.
  2. Calcola la statistica test: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), oppure con s e t.
  3. Confrontala con il valore critico, oppure trova il p-value.
  4. Rifiuta H₀ se la statistica supera il valore critico (p inferiore ad α) ed esprimi la conclusione a parole.

Regressione lineare e correlazione

Somme dei quadrati
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Pendenza
b = Sxy/Sxx
Intercetta
a = ȳ − b·x̄
Correlazione
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residuo
e = y − ŷ

2Esercizi

1.Statistica descrittivaMedia
253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 53, 50, 49, 27.

n = 5
s =
2.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 12. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 50,4?

μ = 60σ = 12x = 50,4
P =
3.ProbabilitàMedia
rosse: 7blu: 7

Un sacchetto contiene 7 palline rosse e 7 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

7 / 7
P =
4.ProbabilitàDifficile
n = 9, p = 0,5: P(X = 1) = ?k0123456789

Un test ha 9 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,5, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 1 risposte corrette?

n = 9p = 0,5k = 1
P =
5.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,3182

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,3182. Trova z con due decimali.

A = 0,3182
z =
6.Distribuzione normaleDifficile
35455565758595puntiin alto 75%

I valori di i voti di un esame sono distribuiti normalmente con media 65 punti e deviazione standard 10 punti. Trascina la soglia in modo che il 75% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 65 puntiσ = 10 punti75%
x = punti
7.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 199%, n = 100x̄E₂ = ?99%, n = 200

Un intervallo di confidenza al 99% per una media, basato su 100 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 1. Qual è il margine di errore E₂ se lo stesso studio usa invece 200 osservazioni?

99%n₁ = 100E₁ = 1n₂ = 200
E₂ =
8.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 6, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

La deviazione standard della popolazione è 6. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 95 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 1?

σ = 6E = 195%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,1p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 500; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 6. Un campione casuale di 144 osservazioni ha media 498,95. Verifica H₀: μ = 500 contro H₁: μ < 500. Trova il p-value p.

μ₀ = 500σ = 6n = 144x̄ = 498,95H₁: μ < μ₀
p =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −2,57602,576

Un campione di 81 misure ha media 100,4. La deviazione standard della popolazione è 12. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 99 % per la media.

x̄ = 100,4σ = 12n = 8199%
L =
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy125223321414516613xy246152025

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r.

n = 6
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy243353448553658xy246455055ŷ = 53

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 53?

n = 5ŷ = 53
x =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,52

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Media

x̄ = 201/5 = 40,2

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−18,2)² + 12,8² + 9,8² + 8,8² + (−13,2)² = 842,8

Deviazione standard

s = √(842,8/4) = 14,52

Risposta

s = 14,52
2.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,2119

Statistica descrittiva: la media è la somma divisa per n; la mediana è il valore centrale dei dati ordinati (la media dei due centrali se n è pari). La deviazione standard campionaria è s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Un punteggio z = (x − μ)/σ dice a quante deviazioni standard dalla media si trova un valore.

Standardizza

z = −0,8

Tavola della normale standard

Φ(−0,8) = 0,2119
P = 0,2119

Risposta

P = 0,2119
3.Probabilità

Risposta: P = 0,2308

Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Prima e seconda estrazione

P = 7/14 · 6/13 = 42/182 = 0,2308

Risposta

P = 0,2308
4.Probabilità

Risposta: P = 0,01758

Probabilità: con esiti equiprobabili, P(A) = casi favorevoli/casi possibili. Per eventi indipendenti si moltiplica: P(A e B) = P(A)·P(B). Il complementare aiuta spesso: P(almeno uno) = 1 − P(nessuno). Binomiale: in n prove indipendenti con probabilità di successo p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Formula binomiale

P(X = 1) = 9·0,51·0,58 = 9·0,5·0,003906 = 0,01758

Risposta

P = 0,01758
5.Distribuzione normale

Risposta: z = 0,41

Da un’area a z: Φ(z) è l’area a sinistra di z. Per un’area di coda sinistra A, trova z con Φ(z) = A nella tabella. Un’area di coda destra A significa Φ(z) = 1 − A. Un’area centrale A tra −z e z lascia (1 − A)/2 in ciascuna coda, quindi Φ(z) = (1 + A)/2. Per un valore x, usa x = μ + zσ.

Area a sinistra di z

Φ(z) = (1 + 0,3182)/2 = 0,6591

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,6591 dentro la tabella e leggi z.

z = 0,41

Risposta

z = 0,41
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 58,3 punti

Da un’area a z: Φ(z) è l’area a sinistra di z. Per un’area di coda sinistra A, trova z con Φ(z) = A nella tabella. Un’area di coda destra A significa Φ(z) = 1 − A. Un’area centrale A tra −z e z lascia (1 − A)/2 in ciascuna coda, quindi Φ(z) = (1 + A)/2. Per un valore x, usa x = μ + zσ.

Area a sinistra

Φ(z) = 0,25

z dalla tabella

z ≈ −0,67

Di nuovo nelle unità originali

x = 65 − 0,67·10 = 58,3 punti

Risposta

x = 58,3 punti
7.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 0,7071

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

Rapporto dei margini

E₂/E₁ = (2,576/2,576)·√(100/200) = 0,7071

Nuovo margine

E₂ = 1·0,7071 = 0,7071

Risposta

E₂ = 0,7071
8.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 139

Intervallo di confidenza per una media: x̄ ± margine di errore. Con σ della popolazione nota il margine è z·σ/√n; se hai solo la deviazione standard campionaria s, usa t con n − 1 gradi di libertà: t·s/√n. Valori critici: z = 1,645 (90 %), 1,96 (95 %), 2,576 (99 %). Per ottenere un margine pari a E o inferiore serve n ≥ (z·σ/E)², arrotondato per eccesso.

Ricava n

n = (1,96·6/1)² = 138,3

Arrotonda per eccesso

La numerosità campionaria è un numero intero, e arrotondare per difetto renderebbe il margine troppo grande.

n = 139

Risposta

n = 139
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,01786

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.

Statistica test

SE = σ/√n = 6/√144 = 0,5
z = (498,95 − 500)/0,5 = −2,1

Area della coda

Φ(2,1) = 0,9821
1 − Φ(2,1) = 0,0179

p-value

p = 0,01786

Risposta

p = 0,01786

p ≤ 0,05, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5%.

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 96,97

Test su una media: la statistica test misura a quanti errori standard la media campionaria si trova dal valore dichiarato in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) se σ è nota, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) se viene stimata dal campione. Un intervallo di confidenza è x̄ ± (valore critico)·(errore standard).

Margine di errore

E = 2,576·12/√81 = 3,435

Limite dell'intervallo

L = 100,4 − 3,435 = 96,97

Risposta

L = 96,97
11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9395

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 21/6 = 3,5
ȳ = 112/6 = 18,67

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −44
Syy = Σ(y − ȳ)² = 125,3

Coefficiente di correlazione

r = −44/√(17,5·125,3) = −0,9395

Risposta

r = −0,9395
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 4,667

Regressione ai minimi quadrati: con x̄ e ȳ le medie, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² e Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ), la retta ŷ = a + b·x ha pendenza b = Sxy/Sxx e intercetta a = ȳ − b·x̄, quindi passa sempre per (x̄, ȳ). Il coefficiente di correlazione di Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) è compreso tra −1 e 1; r² è la frazione della variabilità di y spiegata dalla retta.

Medie

x̄ = 20/5 = 4
ȳ = 255/5 = 51

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 30

Retta di regressione

b = 30/10 = 3
a = 51 − 3·4 = 39
ŷ = 39 + 3·x

Risolvi per x

x = (53 − 39)/3 = 4,667

Risposta

x = 4,667

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