配達時間は、平均 32 min、標準偏差 6 min の正規分布に従います。24.8 から 33.2 min の間にある割合はいくらですか?P を小数で答えなさい。
μ = 32σ = 6x1 = 24.8x2 = 33.2
P =
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 0.015 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 0.015 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 = 0.015 mm軸: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm
P =
15.信頼区間ふつう
11 個からなる標本の平均は 92、標準偏差は s = 15.5 です。母集団はほぼ正規分布に従います。 平均の 90% 信頼区間の下限を求めなさい。
n = 11x̄ = 92s = 15.590%t(10) = 1.812
下限 =
16.信頼区間むずかしい
母標準偏差は 37 です。平均の 95% 信頼区間の誤差の幅を 2 以下にするには、どれだけの標本サイズ n が必要ですか?
正規分布:値 x を z スコア z = (x − μ)/σ に変換します。これは平均から標準偏差何個分離れているかを表します。z 表(または Φ(z))は z より左側の面積、つまり P(X < x) を与えます。右側の面積は 1 − Φ(z)、2 つの値の間の面積はそれぞれの左側の面積の差です。
z スコア
z₁ = (24.8 − 32)/6 = −1.2
z₂ = (33.2 − 32)/6 = 0.2
間の面積
P = Φ(0.2) − Φ(−1.2) = 0.5793 − 0.1151 = 0.4642
答え
P = 0.4642
14.正規分布
答え: P = 0.9909
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 = 0.02121 mm
標準化する
z = (0 − 0.05)/0.02121 = −2.36
確率
P = 1 − Φ(−2.36) = 0.9909
答え
P = 0.9909
15.信頼区間
答え: 下限 = 83.53
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 = 10, t = 1.812
誤差の幅
E = 1.812·15.5/√11 = 8.468
区間
92 ± 8.468 → [83.53, 100.5]
答え
下限 = 83.53
16.信頼区間
答え: n = 1315
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 = (1.96·37/2)² = 1315
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 = 1315
答え
n = 1315
17.仮説検定と信頼区間
答え: t = 1.28
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 = 5/√64 = 5/8 = 0.625
検定統計量
t = (120.8 − 120)/0.625 = 1.28
答え
t = 1.28
t0.025; df = 63 = 1.998
|t| < 1.998 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。
18.仮説検定と信頼区間
答え: U = 200.6
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 = 1.96·4/√81 = 0.8711
区間の端
U = 199.7 + 0.8711 = 200.6
答え
U = 200.6
19.線形回帰と相関
答え: r² = 0.9853
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 = 36/6 = 6
ȳ = 374/6 = 62.33
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 290
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1219
決定係数
r² = 290²/(70·1219) = 0.9853
答え
r² = 0.9853
y の変動の約 98.53% が直線で説明されます。
20.線形回帰と相関
答え: ŷ = 21.71
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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 139/6 = 23.17
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −25.5
回帰直線
b = −25.5/17.5 = −1.457
a = 23.17 − (−1.457)·3.5 = 28.27
ŷ = 28.27 − 1.457·x
予測
ŷ = 28.27 + (−1.457)·4.5 = 21.71
答え
ŷ = 21.71
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