ある量は平均 500、標準偏差 100 の正規分布に従います。420 より小さい値の割合 P はいくつですか?
μ = 500σ = 100x = 420
P =
11.確率ふつう
6 人のグループから 4 人の委員会を選ぶ方法 N は何通りですか?順序は問いません。
n = 6k = 4
N =
12.確率むずかしい
部品を 12 個試験し、各部品は独立に確率 0.2 で故障します。故障が多くとも 1 個である確率 P はいくつですか?
n = 12p = 0.2
P =
13.正規分布ふつう
標準正規曲線の下で、−z から z の間の色つき面積が 0.5587 になるように z をドラッグします。z を小数第 2 位まで求めなさい。
A = 0.5587
z =
14.正規分布むずかしい
穴の直径 D は平均 25.05 mm、標準偏差 0.02 mm の正規分布に従います。軸の直径 d は D と独立で、平均 25 mm、標準偏差 0.01 mm の正規分布に従います。無作為に選んだ軸は D − d > 0 のとき穴にはまります。はまる確率 P を求めなさい。z は小数第 2 位に丸めなさい。
穴: μ = 25.05 mm, σ = 0.02 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.01 mm
P =
15.信頼区間ふつう
8 個からなる標本の平均は 74、標準偏差は s = 16 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 99% 信頼区間の誤差の幅 E を求めなさい。
n = 8x̄ = 74s = 1699%t(7) = 3.499
E =
16.信頼区間むずかしい
母標準偏差は 16 です。平均の 90% 信頼区間の誤差の幅を 3 以下にするには、どれだけの標本サイズ n が必要ですか?
記述統計:平均は合計を n で割ったもの、中央値は並べ替えたデータの真ん中の値です(n が偶数なら真ん中 2 つの平均)。標本標準偏差は s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))。z スコア z = (x − μ)/σ は、値が平均から標準偏差何個分離れているかを表します。
標準化する
z = −0.8
標準正規分布表
Φ(−0.8) = 0.2119
P = 0.2119
答え
P = 0.2119
11.確率
答え: N = 15
確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。
組合せ
C(6, 4) = (6·5·4·3)/(4·3·2·1) = 15
答え
N = 15
12.確率
答え: P = 0.2749
確率:どの結果も同様に確からしいとき、P(A) = 該当する場合の数/全体の場合の数。独立な事象は掛け合わせます:P(A かつ B) = P(A)·P(B)。余事象がよく役立ちます:P(少なくとも 1 回) = 1 − P(1 回もない)。二項分布:成功確率 p の独立な試行を n 回行うと、P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ。
故障 0 個と 1 個
P(X = 0) = 0.812 = 0.06872
P(X = 1) = 12·0.2·0.811 = 0.2062
足し合わせる
P = 0.06872 + 0.2062 = 0.2749
答え
P = 0.2749
13.正規分布
答え: z = 0.77
面積から z へ戻る:Φ(z) は z の左側の面積です。左側の裾の面積 A なら、表で Φ(z) = A となる z を見つけます。右側の裾の面積 A なら Φ(z) = 1 − A です。−z から z の間の中央の面積 A なら、各裾に (1 − A)/2 が残るので、Φ(z) = (1 + A)/2 です。値 x には x = μ + zσ を使います。
z の左側の面積
Φ(z) = (1 + 0.5587)/2 = 0.7794
z 表を逆に読む
表の中で 0.7794 を見つけ、z を読み取ります。
z = 0.77
答え
z = 0.77
14.正規分布
答え: P = 0.9875
正規変数の和と差:X と Y が独立で正規分布に従うなら、X + Y と X − Y も正規分布に従います。平均は足したり引いたりします:E(X ± Y) = μX ± μY。分散は差の場合でも常に足します:Var(X ± Y) = σX² + σY²、したがって σ = √(σX² + σY²) です。標準偏差を直接足すことはありません。同じ分布に従う独立な n 個の合計は、平均 n·μ、標準偏差 σ·√n です。そのあとはいつもどおり標準化します:z = (x − 平均)/σ とし、Φ(z) を読み取ります。
差の分布
μ = 25.05 − 25 = 0.05 mm, σ = 0.02236 mm
標準化する
z = (0 − 0.05)/0.02236 = −2.24
確率
P = 1 − Φ(−2.24) = 0.9875
答え
P = 0.9875
15.信頼区間
答え: E = 19.79
平均の信頼区間:x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。
臨界値
df = n − 1 = 7, t = 3.499
誤差の幅
E = 3.499·16/√8 = 19.79
答え
E = 19.79
16.信頼区間
答え: n = 77
平均の信頼区間:x̄ ± 誤差の幅。母集団の σ が既知なら誤差の幅は z·σ/√n、標本標準偏差 s しかなければ自由度 n − 1 の t を使って t·s/√n です。臨界値:z = 1.645(90%)、1.96(95%)、2.576(99%)。誤差の幅を E 以下にするには n ≥ (z·σ/E)² が必要で、端数は切り上げます。
n について解く
n = (1.645·16/3)² = 76.97
切り上げる
標本サイズは整数であり、切り捨てると誤差の幅が大きくなりすぎます。
n = 77
答え
n = 77
17.仮説検定と信頼区間
答え: t = −2.58
平均の検定:検定統計量は、標本平均が H₀ で主張された値から標準誤差何個分離れているかを表します:σ が既知なら z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)、標本から推定するなら t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。信頼区間は x̄ ±(臨界値)·(標準誤差)です。
標準誤差
SE = 10/√36 = 10/6 = 1.667
検定統計量
t = (195.7 − 200)/1.667 = −2.58
答え
t = −2.58
t0.025; df = 35 = 2.03
|t| > 2.03 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されます。
18.仮説検定と信頼区間
答え: U = 498.9
平均の検定:検定統計量は、標本平均が H₀ で主張された値から標準誤差何個分離れているかを表します:σ が既知なら z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n)、標本から推定するなら t = (x̄ − μ₀)/(s/√n)。信頼区間は x̄ ±(臨界値)·(標準誤差)です。
誤差の幅
E = 1.96·12/√36 = 3.92
区間の端
U = 495 + 3.92 = 498.9
答え
U = 498.9
19.線形回帰と相関
答え: r = −0.9935
最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。
偏差平方和・偏差積和
Sxy = 265 − 15·98/5 = −29
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 2006 − 98²/5 = 85.2
相関係数
r = −29/√(10·85.2) = −0.9935
答え
r = −0.9935
20.線形回帰と相関
答え: e = −3.45
最小二乗回帰:x̄ と ȳ を平均とし、Sxx = Σ(x − x̄)²、Syy = Σ(y − ȳ)²、Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) とすると、直線 ŷ = a + b·x の傾きは b = Sxy/Sxx、切片は a = ȳ − b·x̄ なので、この直線は必ず (x̄, ȳ) を通ります。ピアソンの相関係数 r = Sxy/√(Sxx·Syy) は −1 から 1 の間の値をとります。r² は y の変動のうち直線で説明される割合です。
平均
x̄ = 35/5 = 7
ȳ = 468/5 = 93.6
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 242
回帰直線
b = 242/40 = 6.05
a = 93.6 − 6.05·7 = 51.25
ŷ = 51.25 + 6.05·x
予測値
ŷ = 51.25 + 6.05·4 = 75.45
残差
e = 72 − 75.45 = −3.45
答え
e = −3.45
点は直線より下にあります。
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