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
20253035404550

Trova la deviazione standard campionaria s dei dati: 23, 51, 48, 19, 18, 47, 27.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 70 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è superiore a 62?

μ = 70σ = 8x = 62
P =
3.ProbabilitàMedia
P(almeno un sei) = ??1?2?3P(sei) = 1/6 a ogni lancio

Si lancia un dado equo 3 volte. Qual è la probabilità P di ottenere almeno un sei?

n = 3
P =
4.ProbabilitàDifficile
xp(x)10,3520,130,3540,0550,15μ

X ha la distribuzione mostrata e Y = 5X + 1. Trova la deviazione standard σY di Y.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0,35, 0,1, 0,35, 0,05, 0,15Y = 5X + 1
σY =
5.Distribuzione normaleMedia
−3−2−10123zarea ombreggiata tra −z e z = 0,6827

Trascina z in modo che l’area ombreggiata tra −z e z sotto la curva normale standard sia 0,6827. Trova z con due decimali.

A = 0,6827
z =
6.Distribuzione normaleDifficile
235240245250255260265gin basso 70%

I valori di i pesi dei sacchetti sono distribuiti normalmente con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trascina la soglia in modo che il 70% più basso ombreggiato stia alla sua sinistra. Trova la soglia x.

μ = 250 gσ = 5 g70%
x = g
7.Intervalli di confidenzaMedia
n = 20, sd​ = 7,90LU = ?d̄ = −2,6E95%

La pressione arteriosa di 20 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media −2,6 e deviazione standard 7,9. Trova il limite superiore dell’intervallo di confidenza al 95% per la differenza media.

n = 20d̄ = −2,6sd = 7,995%t(19) = 2,093
limite superiore = mmHg
8.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2,595%

La deviazione standard della popolazione è 10. 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 2,5?

σ = 10E = 2,595%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−1,961,96z = ?

Due linee di produzione fabbricano lo stesso pezzo. Linea 1: un campione di 60 pezzi ha lunghezza media 71 mm, e la deviazione standard nota della linea è 5 mm. Linea 2: un campione di 60 pezzi ha media 66,2 mm, deviazione standard nota 17 mm. Trova la statistica test z per H₀: μ₁ = μ₂, prendendo la differenza come x̄₁ − x̄₂ (linea 1 meno linea 2).

n₁ = 60x̄₁ = 71 mmσ₁ = 5 mmn₂ = 60x̄₂ = 66,2 mmσ₂ = 17 mm
z =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 64 misure ha media 500,4. La deviazione standard della popolazione è 8. Trova il limite inferiore L dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 500,4σ = 8n = 6490%
L =
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy37157879291011111313119xy51080100120

La tabella riporta 6 osservazioni appaiate di x = ore di studio e y = voto all’esame. Le loro somme sono date. Trova il coefficiente di correlazione di Pearson r a partire da queste somme.

n = 6Σx = 48Σy = 574Σx² = 454Σy² = 56720Σxy = 4946
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy16821990221062512428135xy202580100120140x = 17,5

La tabella riporta 5 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 = 17,5.

n = 5x = 17,5
ŷ =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 14,73

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 = 233/7 = 33,29

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−10,29)² + 17,71² + 14,71² + (−14,29)² + (−15,29)² + 13,71² + (−6,286)² = 1301

Deviazione standard

s = √(1301/6) = 14,73

Risposta

s = 14,73
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) = 0,1587
P = 1 − 0,1587 = 0,8413

Risposta

P = 0,8413
3.Probabilità

Risposta: P = 0,4213

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.

Complementare

P(nessun sei) = (5/6)3 = 0,5787
P = 1 − 0,5787 = 0,4213

Risposta

P = 0,4213
4.Probabilità

Risposta: σY = 6,978

Variabili aleatorie discrete: una distribuzione di probabilità elenca ogni valore x che una variabile può assumere con la sua probabilità p(x); le probabilità sono comprese tra 0 e 1 e sommano a 1. Il valore atteso (media) è E(X) = Σx·p(x), la media a lungo termine. La varianza è Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², e la deviazione standard è σ = √Var(X). Per una trasformazione lineare Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) e σY = |a|·σX; aggiungere una costante non cambia la dispersione.

Dispersione di X

μ = 2,55, Var(X) = 1,947, σX = 1,396

Trasformazione lineare

σY = |5|·1,396 = 6,978

Risposta

σY = 6,978

La media invece si sposta: E(Y) = 5·2,55 + 1 = 13,75.

5.Distribuzione normale

Risposta: z = 1

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 + 0,6827)/2 = 0,8413

Leggi la tabella z al contrario

Trova 0,8413 dentro la tabella e leggi z.

z = 1,00

Risposta

z = 1,00
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 252,6 g

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) = 0,7

z dalla tabella

z ≈ 0,52

Di nuovo nelle unità originali

x = 250 + 0,52·5 = 252,6 g

Risposta

x = 252,6 g
7.Intervalli di confidenza

Risposta: limite superiore = 1,097 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.

Valore critico

df = 19, t = 2,093

Margine di errore

E = 2,093·7,9/√20 = 3,697

Intervallo

−2,6 ± 3,697 → [−6,297, 1,097]

Risposta

limite superiore = 1,097 mmHg
8.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 62

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 = (1,96·10/2,5)² = 61,47

Arrotonda per eccesso

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

n = 62

Risposta

n = 62
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: z = 2,098

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.

Errore standard della differenza

SE = √(5²/60 + 17²/60) = √5,233 = 2,288

Statistica test

z = (71 − 66,2)/2,288 = 2,098

Risposta

z = 2,098

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

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: L = 498,8

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 = 1,645·8/√64 = 1,645

Limite dell'intervallo

L = 500,4 − 1,645 = 498,8

Risposta

L = 498,8
11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = 0,9953

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 = 4946 − 48·574/6 = 354
Sxx = 454 − 48²/6 = 70
Syy = 56720 − 574²/6 = 1807

Coefficiente di correlazione

r = 354/√(70·1807) = 0,9953

Risposta

r = 0,9953
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: ŷ = 86,4

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 = 110/5 = 22
ȳ = 537/5 = 107,4

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 90
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 420

Retta di regressione

b = 420/90 = 4,667
a = 107,4 − 4,667·22 = 4,733
ŷ = 4,733 + 4,667·x

Previsione

ŷ = 4,733 + 4,667·17,5 = 86,4

Risposta

ŷ = 86,4

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