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 + 0.9729)/2 = 0.9864
z 表を逆に読む
表の中で 0.9864 を見つけ、z を読み取ります。
z = 2.21
答え
z = 2.21
14.正規分布
答え: x = 112.6 点
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。
パーセンタイルに対応する z
Φ(z) = 0.8 → z = 0.8416
x に戻す
x = 100 + 0.8416·15 = 112.62 点
答え
x = 112.62 点
15.信頼区間
答え: 下限 = 86.55
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 = 11, t = 3.106
誤差の幅
E = 3.106·15/√12 = 13.45
区間
100 ± 13.45 → [86.55, 113.4]
答え
下限 = 86.55
16.信頼区間
答え: 上限 = −0.1648 kg
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.
プールした標準偏差
sp² = (8·4² + 11·3.5²)/19 = 13.83
sp = 3.719
誤差の幅
E = 1.729·3.719·√(1/9 + 1/12) = 2.835
区間
−3 ± 2.835 → [−5.835, −0.1648]
答え
上限 = −0.1648 kg
17.仮説検定と信頼区間
答え: t = −0.7026
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.
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.
標本比率
p̂₁ = 100/250 = 0.4
p̂₂ = 26/100 = 0.26
p̂ = 126/350 = 0.36
H₀ のもとでの標準誤差
SE = √(0.36·0.64·(1/250 + 1/100)) = 0.05679
検定統計量
z = (0.4 − 0.26)/0.05679 = 2.465
答え
z = 2.465
|z| > 1.96 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されます。
19.線形回帰と相関
答え: r² = 0.997
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 = 42/6 = 7
ȳ = 173/6 = 28.83
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 237
Syy = Σ(y − ȳ)² = 804.8
決定係数
r² = 237²/(70·804.8) = 0.997
答え
r² = 0.997
y の変動の約 99.7% が直線で説明されます。
20.線形回帰と相関
答え: ŷ = 16.83
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 = 101/6 = 16.83
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −47.5
回帰直線
b = −47.5/17.5 = −2.714
a = 16.83 − (−2.714)·3.5 = 26.33
ŷ = 26.33 − 2.714·x
予測
ŷ = 26.33 + (−2.714)·3.5 = 16.83
答え
ŷ = 16.83
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