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 = (55 − 65)/10 = −1
z₂ = (73.5 − 65)/10 = 0.85
間の面積
P = Φ(0.85) − Φ(−1) = 0.8023 − 0.1587 = 0.6437
答え
P = 0.6437
14.正規分布
答え: P = 0.8413
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 = 500 − 490 = 10 g, σ = 10 g
標準化する
z = (0 − 10)/10 = −1
確率
P = 1 − Φ(−1) = 0.8413
答え
P = 0.8413
15.信頼区間
答え: 下限 = 19.71
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 = 8, t = 1.86
誤差の幅
E = 1.86·4.5/√9 = 2.79
区間
22.5 ± 2.79 → [19.71, 25.29]
答え
下限 = 19.71
16.信頼区間
答え: E = 5.093 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 = (15·5.5² + 9·2²)/24 = 20.41
sp = 4.517
誤差の幅
E = 2.797·4.517·√(1/16 + 1/10) = 5.093
答え
E = 5.093 kg
17.仮説検定と信頼区間
答え: p = 0.01786
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.
検定統計量
SE = σ/√n = 20/√100 = 2
z = (104.2 − 100)/2 = 2.1
裾の面積
Φ(2.1) = 0.9821
1 − Φ(2.1) = 0.0179
p 値
p = 0.01786
答え
p = 0.01786
p ≤ 0.05 なので、有意水準 5% で H₀ は棄却されます。
18.仮説検定と信頼区間
答え: z = −1.81
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 = 12/80 = 0.15
p̂₂ = 38/150 = 0.2533
p̂ = 50/230 = 0.2174
H₀ のもとでの標準誤差
SE = √(0.2174·0.7826·(1/80 + 1/150)) = 0.0571
検定統計量
z = (0.15 − 0.2533)/0.0571 = −1.81
答え
z = −1.81
|z| < 1.96 なので、有意水準 5%(両側)で H₀ は棄却されません。
19.線形回帰と相関
答え: r = 0.983
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 = 1079 − 27·225/6 = 66.5
Sxx = 139 − 27²/6 = 17.5
Syy = 8699 − 225²/6 = 261.5
相関係数
r = 66.5/√(17.5·261.5) = 0.983
答え
r = 0.983
20.線形回帰と相関
答え: e = −3.271
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 = 81/6 = 13.5
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 101
回帰直線
b = 101/70 = 1.443
a = 13.5 − 1.443·7 = 3.4
ŷ = 3.4 + 1.443·x
予測値
ŷ = 3.4 + 1.443·11 = 19.27
残差
e = 16 − 19.27 = −3.271
答え
e = −3.271
点は直線より下にあります。
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