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
1520253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 49, 26, 12, 29, 50, 48, 40.

n = 7
s =
2.Statistica descrittivaDifficile
z −2−1012

Una grandezza ha distribuzione normale con media 50 e deviazione standard 10. Quale proporzione P dei valori è inferiore a 60?

μ = 50σ = 10x = 60
P =
3.ProbabilitàMedia
rosse: 4blu: 6

Un sacchetto contiene 4 palline rosse e 6 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

4 / 6
P =
4.ProbabilitàDifficile
n = 9, p = 0,6: P(X ≤ 1) = ?k0123456789

Si collaudano 9 componenti, e ciascuno si guasta con probabilità 0,6, in modo indipendente. Qual è la probabilità P che se ne guasti al massimo uno?

n = 9p = 0,6
P =
5.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata a destra di z = 0,0853

Trascina z in modo che l’area ombreggiata sotto la curva normale standard, a destra di z, sia 0,0853. Trova z con due decimali.

A = 0,0853
z =
6.Distribuzione normaleDifficile
μ = 32x = ?10%

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Trova il valore x sotto il quale si trova il 10 % dei dati (il 10° percentile).

μ = 32σ = 6P = 10%
x = min
7.Intervalli di confidenzaMedia
n = 15, s = 17,5L = ?Ux̄ = 30,5E99%

Un campione di 15 elementi ha media 30,5 e deviazione standard s = 17,5. La popolazione è approssimativamente normale. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 99 % per la media.

n = 15x̄ = 30,5s = 17,599%t(14) = 2,977
limite inferiore =
8.Intervalli di confidenzaDifficile
p = 0,5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0,0199%

Non si sa nulla in anticipo sulla proporzione di prodotti difettosi. Quanti prodotti n si devono ispezionare perché un intervallo di confidenza al 99% per la proporzione abbia un margine di errore di al massimo 0,01?

p = 0,5E = 0,0199%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,382,38p = ?

Si afferma che la media di una popolazione sia 100; la deviazione standard della popolazione è nota e vale 30. Un campione casuale di 100 osservazioni ha media 92,86. Verifica H₀: μ = 100 contro H₁: μ ≠ 100. Trova il p-value p.

μ₀ = 100σ = 30n = 100x̄ = 92,86H₁: μ ≠ μ₀
p =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
−1,961,96z = ?

In una sperimentazione, 70 pazienti su 200 con il trattamento A guariscono, e 96 su 200 con il trattamento B. Usando la proporzione combinata, trova la statistica test z per H₀: p₁ = p₂.

x₁ = 70n₁ = 200x₂ = 96n₂ = 200
z =
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy176019692176237725872791xy202560708090

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 132Σy = 460Σx² = 2974Σy² = 35916Σxy = 10330
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy152117351937213723472560xy152025204060x = 16

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = temperatura in °C e y = gelati venduti. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Prevedi ŷ per x = 16.

n = 6x = 16
ŷ =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,43

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 = 254/7 = 36,29

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = 12,71² + (−10,29)² + (−24,29)² + (−7,286)² + 13,71² + 11,71² + 3,714² = 1249

Deviazione standard

s = √(1249/6) = 14,43

Risposta

s = 14,43
2.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,8413

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 = 1

Tavola della normale standard

Φ(1) = 0,8413
P = 0,8413

Risposta

P = 0,8413
3.Probabilità

Risposta: P = 0,1333

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 = 4/10 · 3/9 = 12/90 = 0,1333

Risposta

P = 0,1333
4.Probabilità

Risposta: P = 0,003801

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.

Zero e un guasto

P(X = 0) = 0,49 = 0,0002621
P(X = 1) = 9·0,6·0,48 = 0,003539

Sommale

P = 0,0002621 + 0,003539 = 0,003801

Risposta

P = 0,003801
5.Distribuzione normale

Risposta: z = 1,37

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 − 0,0853 = 0,9147

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,9147 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,37

Risposta

z = 1,37
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 24,31 min

Distribuzione normale: trasforma un valore x in un punteggio z, z = (x − μ)/σ, che indica a quante deviazioni standard dalla media si trova. Una tavola z (o Φ(z)) dà l’area a sinistra di z, cioè P(X < x). L’area a destra è 1 − Φ(z), e l’area tra due valori è la differenza delle loro due aree.

z del percentile

Φ(z) = 0,1 → z = −1,282

Ritorno a x

x = 32 + −1,282·6 = 24,31 min

Risposta

x = 24,31 min
7.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 17,05

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.

Valore critico

df = n − 1 = 14, t = 2,977

Margine di errore

E = 2,977·17,5/√15 = 13,45

Intervallo

30,5 ± 13,45 → [17,05, 43,95]

Risposta

limite inferiore = 17,05
8.Intervalli di confidenza

Risposta: 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.

Ricava n

n = 2,576²·0,5·0,5/0,01² = 16589

Arrotonda per eccesso

n = 16590

Risposta

n = 16590
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: p = 0,01731

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 = 30/√100 = 3
z = (92,86 − 100)/3 = −2,38

Area della coda

Φ(2,38) = 0,9913
1 − Φ(2,38) = 0,0087

p-value

p = 2·0,0087 = 0,01731

Risposta

p = 0,01731

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

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = −2,638

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.

Proporzioni campionarie

p̂₁ = 70/200 = 0,35
p̂₂ = 96/200 = 0,48
p̂ = 166/400 = 0,415

Errore standard sotto H₀

SE = √(0,415·0,585·(1/200 + 1/200)) = 0,04927

Statistica test

z = (0,35 − 0,48)/0,04927 = −2,638

Risposta

z = −2,638

|z| > 1,96, quindi H₀ viene rifiutata al livello del 5% (bilaterale).

11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,985

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.

Somme centrate

Sxy = 10330 − 132·460/6 = 210
Sxx = 2974 − 132²/6 = 70
Syy = 35916 − 460²/6 = 649,3

Coefficiente di correlazione

r = 210/√(70·649,3) = 0,985

Risposta

r = 0,985
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 26,3

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 = 120/6 = 20
ȳ = 237/6 = 39,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 231

Retta di regressione

b = 231/70 = 3,3
a = 39,5 − 3,3·20 = −26,5
ŷ = −26,5 + 3,3·x

Previsione

ŷ = −26,5 + 3,3·16 = 26,3

Risposta

ŷ = 26,3

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