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
2025303540455055

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 22, 58, 22, 26, 16.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 100 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è superiore a 108?

μ = 100σ = 8x = 108
P =
3.ProbabilitàMedia
rosse: 5blu: 6

Un sacchetto contiene 5 palline rosse e 6 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

5 / 6
P =
4.ProbabilitàDifficile
n = 11, p = 0,25: P(X = 2) = ?k01234567891011

Un test ha 11 domande a risposta multipla. Una studentessa che tira a indovinare risponde correttamente a ciascuna con probabilità 0,25, in modo indipendente. Qual è la probabilità P di avere esattamente 2 risposte corrette?

n = 11p = 0,25k = 2
P =
5.Distribuzione normaleMedia
48 kg51,2 kgT = X₁ + … + X₄?

Le masse di scatole sono indipendenti e normali con media 12 kg e deviazione standard 0,8 kg. Trova la probabilità P che la massa totale di 4 di essi sia inferiore a 51,2 kg. Arrotonda z a due decimali.

μ = 12 kgσ = 0,8 kgn = 4< 51.2 kg
P =
6.Distribuzione normaleDifficile
557085100115130145puntiin alto 40%

I valori di i punteggi del QI sono distribuiti normalmente con media 100 punti e deviazione standard 15 punti. Trascina la soglia in modo che il 40% più alto ombreggiato stia alla sua destra. Trova la soglia x.

μ = 100 puntiσ = 15 punti40%
x = punti
7.Intervalli di confidenzaMedia
x̄E₁ = 5,595%, n = 25x̄E₂ = ?99%, n = 100

Un intervallo di confidenza al 95% per una media, basato su 25 osservazioni e σ nota, ha un margine di errore di 5,5. Qual è il margine di errore E₂ di un intervallo al 99% basato su 100 osservazioni?

95%n₁ = 25E₁ = 5,599%n₂ = 100
E₂ =
8.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 17, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

La deviazione standard della popolazione è 17. 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 4?

σ = 17E = 495%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,2282,228t = ?df = 10

11 dipendenti svolgono un test di dattilografia prima e dopo un corso di formazione. Per ogni persona si registra la differenza d = dopo − prima (parole al minuto). La differenza media è −1,88 e la deviazione standard delle differenze è 1,6. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 11d̄ = −1,88sd = 1,6
t =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,9601,96

Un campione di 81 misure ha media 501,2. La deviazione standard della popolazione è 15. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 95 % per la media.

x̄ = 501,2σ = 15n = 8195%
U =
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy12122231841659xy24101520

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 5Σx = 15Σy = 86Σx² = 55Σy² = 1586Σxy = 228
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy24486981510141219xy5105101520x = 11

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = carico in kN e y = allungamento in mm. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Si effettua una nuova osservazione (11, 22). Trova il suo residuo e = y − ŷ.

n = 6(11, 22)
e =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 16,71

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 = 144/5 = 28,8

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−6,8)² + 29,2² + (−6,8)² + (−2,8)² + (−12,8)² = 1117

Deviazione standard

s = √(1117/4) = 16,71

Risposta

s = 16,71
2.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,1587

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 = 1 − 0,8413 = 0,1587

Risposta

P = 0,1587
3.Probabilità

Risposta: P = 0,1818

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 = 5/11 · 4/10 = 20/110 = 0,1818

Risposta

P = 0,1818
4.Probabilità

Risposta: P = 0,2581

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 = 2) = 55·0,252·0,759 = 55·0,0625·0,07508 = 0,2581

Risposta

P = 0,2581
5.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,9772

Somme e differenze di variabili normali: se X e Y sono indipendenti e normali, anche X + Y e X − Y sono normali. Le medie si sommano o si sottraggono: E(X ± Y) = μX ± μY. Le varianze si sommano sempre, anche per una differenza: Var(X ± Y) = σX² + σY², quindi σ = √(σX² + σY²). Le deviazioni standard non si sommano mai direttamente. Il totale di n elementi indipendenti con la stessa distribuzione ha media n·μ e deviazione standard σ·√n. Poi standardizza come al solito: z = (x − media)/σ e leggi Φ(z).

Distribuzione del totale

μT = 48 kg, σT = 0,8·√4 = 1,6 kg

Standardizza

z = (51,2 − 48)/1,6 = 2

Probabilità

P = Φ(2) = 0,9772

Risposta

P = 0,9772
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 103,8 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) = 0,6

z dalla tabella

z ≈ 0,25

Di nuovo nelle unità originali

x = 100 + 0,25·15 = 103,8 punti

Risposta

x = 103,8 punti
7.Intervalli di confidenza

Risposta: E₂ = 3,614

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 = (2,576/1,96)·√(25/100) = 0,6571

Nuovo margine

E₂ = 5,5·0,6571 = 3,614

Risposta

E₂ = 3,614
8.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 70

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 = (1,96·17/4)² = 69,39

Arrotonda per eccesso

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

n = 70

Risposta

n = 70
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = −3,897

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

Errore standard della differenza media

SE = 1,6/√11 = 0,4824

Statistica test

t = −1,88/0,4824 = −3,897

Risposta

t = −3,897

Con df = 10, il valore critico bilaterale al 5% è 2,228; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 504,5

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 = 1,96·15/√81 = 3,267

Limite dell'intervallo

U = 501,2 + 3,267 = 504,5

Risposta

U = 504,5
11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,918

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 = 228 − 15·86/5 = −30
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 1586 − 86²/5 = 106,8

Coefficiente di correlazione

r = −30/√(10·106,8) = −0,918

Risposta

r = −0,918
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: e = 4,843

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 = 42/6 = 7
ȳ = 69/6 = 11,5

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 99

Retta di regressione

b = 99/70 = 1,414
a = 11,5 − 1,414·7 = 1,6
ŷ = 1,6 + 1,414·x

Valore previsto

ŷ = 1,6 + 1,414·11 = 17,16

Residuo

e = 22 − 17,16 = 4,843

Risposta

e = 4,843

Il punto si trova sopra la retta.

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