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: 28, 26, 26, 21, 32, 34, 51.

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

Una grandezza ha distribuzione normale con media 60 e deviazione standard 8. Quale proporzione P dei valori è superiore a 76?

μ = 60σ = 8x = 76
P =
3.ProbabilitàMedia
rosse: 4blu: 5

Un sacchetto contiene 4 palline rosse e 5 blu. Ne estrai due senza rimettere la prima. Qual è la probabilità P che siano entrambe rosse?

4 / 5
P =
4.ProbabilitàDifficile
€p(x)−30,73120,25270,02

Giocare a un gioco costa 3 €. Si vincono 15 € con probabilità 0,25 e 30 € con probabilità 0,02; altrimenti non si vince nulla. La posta non viene restituita. Trova il guadagno netto atteso E(G) per partita.

posta = €3€15: p = 0,25€30: p = 0,02
E(G) = €
5.Distribuzione normaleMedia
20,338P = ?

Supponi che i tempi di consegna abbiano una distribuzione normale con media 32 min e deviazione standard 6 min. Quale frazione è compresa tra 20,3 e 38 min? Dai P come numero decimale.

μ = 32σ = 6x1 = 20,3x2 = 38
P =
6.Distribuzione normaleDifficile
μ = 250x = ?90%

Supponi che i pesi dei sacchetti abbiano una distribuzione normale con media 250 g e deviazione standard 5 g. Trova il valore x sotto il quale si trova il 90 % dei dati (il 90° percentile).

μ = 250σ = 5P = 90%
x = g
7.Intervalli di confidenzaMedia
n = 12, sd​ = 3,60L = ?Ud̄ = 9,8E90%

La pressione arteriosa di 12 pazienti viene misurata prima e dopo un trattamento. Le differenze d = prima − dopo (mmHg) hanno media 9,8 e deviazione standard 3,6. Trova il limite inferiore dell’intervallo di confidenza al 90% per la differenza media.

n = 12d̄ = 9,8sd = 3,690%t(11) = 1,796
limite inferiore = mmHg
8.Intervalli di confidenzaDifficile
σ = 32, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 190%

La deviazione standard della popolazione è 32. Quanto deve essere grande il campione n perché un intervallo di confidenza al 90 % per la media abbia un margine di errore non superiore a 1?

σ = 32E = 190%
n =
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaMedia
−2,3652,365t = ?df = 7

8 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 5,38 e la deviazione standard delle differenze è 3,9. Trova la statistica test per dati appaiati t per H₀: μd = 0.

n = 8d̄ = 5,38sd = 3,9
t =
10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenzaDifficile
z −1,64501,645

Un campione di 64 misure ha media 197,5. La deviazione standard della popolazione è 20. Trova il limite superiore U dell'intervallo di confidenza al 90 % per la media.

x̄ = 197,5σ = 20n = 6490%
U =
11.Regressione lineare e correlazioneMedia
xy12221931941651468xy246101520

La tabella riporta 6 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 = 6Σx = 21Σy = 98Σx² = 91Σy² = 1722Σxy = 299
r =
12.Regressione lineare e correlazioneDifficile
xy124224320415516xy24152025ŷ = 19

La tabella riporta 5 osservazioni appaiate di x = età dell’auto in anni e y = prezzo in k€. Usa la retta dei minimi quadrati ŷ = a + b·x. Per quale valore x la retta prevede ŷ = 19?

n = 5ŷ = 19
x =

3Soluzioni

1.Statistica descrittiva

Risposta: s = 9,737

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 = 218/7 = 31,14

Scarti al quadrato

Σ(x − x̄)² = (−3,143)² + (−5,143)² + (−5,143)² + (−10,14)² + 0,8571² + 2,857² + 19,86² = 568,9

Deviazione standard

s = √(568,9/6) = 9,737

Risposta

s = 9,737
2.Statistica descrittiva

Risposta: P = 0,02275

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 = 2

Tavola della normale standard

Φ(2) = 0,9772
P = 1 − 0,9772 = 0,02275

Risposta

P = 0,02275
3.Probabilità

Risposta: P = 0,1667

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 = 4/9 · 3/8 = 12/72 = 0,1667

Risposta

P = 0,1667
4.Probabilità

Risposta: E(G) = 1,35 €

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.

Esiti netti

G: 12 (p = 0,25), 27 (p = 0,02), −3 (p = 0,73)

Valore atteso

E(G) = 12·0,25 + 27·0,02 − 3·0,73 = 1,35 €

Risposta

E(G) = 1,35 €

Un valore positivo significa che in media guadagni denaro.

5.Distribuzione normale

Risposta: P = 0,8158

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.

Punteggi z

z₁ = (20,3 − 32)/6 = −1,95
z₂ = (38 − 32)/6 = 1

Area compresa

P = Φ(1) − Φ(−1,95) = 0,8413 − 0,02559 = 0,8158

Risposta

P = 0,8158
6.Distribuzione normale

Risposta: x = 256,4 g

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) = 0,9 → z = 1,282

Ritorno a x

x = 250 + 1,282·5 = 256,41 g

Risposta

x = 256,41 g
7.Intervalli di confidenza

Risposta: limite inferiore = 7,934 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 = 11, t = 1,796

Margine di errore

E = 1,796·3,6/√12 = 1,866

Intervallo

9,8 ± 1,866 → [7,934, 11,67]

Risposta

limite inferiore = 7,934 mmHg
8.Intervalli di confidenza

Risposta: n = 2771

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 = (1,645·32/1)² = 2771

Arrotonda per eccesso

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

n = 2771

Risposta

n = 2771
9.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: t = 3,902

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 = 3,9/√8 = 1,379

Statistica test

t = 5,38/1,379 = 3,902

Risposta

t = 3,902

Con df = 7, il valore critico bilaterale al 5% è 2,365; |t| è maggiore, quindi H₀ viene rifiutata.

10.Test d'ipotesi e intervalli di confidenza

Risposta: U = 201,6

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 = 1,645·20/√64 = 4,112

Limite dell'intervallo

U = 197,5 + 4,112 = 201,6

Risposta

U = 201,6
11.Regressione lineare e correlazione

Risposta: r = −0,9549

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 = 299 − 21·98/6 = −44
Sxx = 91 − 21²/6 = 17,5
Syy = 1722 − 98²/6 = 121,3

Coefficiente di correlazione

r = −44/√(17,5·121,3) = −0,9549

Risposta

r = −0,9549
12.Regressione lineare e correlazione

Risposta: x = 3,32

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 = 15/5 = 3
ȳ = 99/5 = 19,8

Somme dei quadrati e dei prodotti

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −25

Retta di regressione

b = −25/10 = −2,5
a = 19,8 − (−2,5)·3 = 27,3
ŷ = 27,3 − 2,5·x

Risolvi per x

x = (19 − 27,3)/(−2,5) = 3,32

Risposta

x = 3,32

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