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 = (25.1 − 32)/6 = −1.15
z₂ = (39.2 − 32)/6 = 1.2
間の面積
P = Φ(1.2) − Φ(−1.15) = 0.8849 − 0.1251 = 0.7599
答え
P = 0.7599
14.正規分布
答え: x = 176.3 cm
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。
左側の面積
Φ(z) = 0.4
表からの z
z ≈ −0.25
元の単位に戻す
x = 178 − 0.25·7 = 176.3 cm
答え
x = 176.3 cm
15.信頼区間
答え: E₂ = 7.92
Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.
誤差の幅の比
E₂/E₁ = (1.645/1.645)·√(25/50) = 0.7071
新しい誤差の幅
E₂ = 11.2·0.7071 = 7.92
答え
E₂ = 7.92
16.信頼区間
答え: n = 1037
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 = (2.576·25/2)² = 1037
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 = 1037
答え
n = 1037
17.仮説検定と信頼区間
答え: t = 0.75
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 = 4/√25 = 4/5 = 0.8
検定統計量
t = (100.6 − 100)/0.8 = 0.75
答え
t = 0.75
t0.025; df = 24 = 2.064
|t| < 2.064 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: z = 2.825
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 = 15/100 = 0.15
p̂₂ = 7/150 = 0.04667
p̂ = 22/250 = 0.088
H₀ のもとでの標準誤差
SE = √(0.088·0.912·(1/100 + 1/150)) = 0.03657
検定統計量
z = (0.15 − 0.04667)/0.03657 = 2.825
答え
z = 2.825
|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: r = 0.9888
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 = 30/5 = 6
ȳ = 119/5 = 23.8
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 152
Syy = Σ(y − ȳ)² = 590.8
相関係数
r = 152/√(40·590.8) = 0.9888
答え
r = 0.9888
20.線形回帰と相関
答え: x = 3.364
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 = 15/5 = 3
ȳ = 91/5 = 18.2
平方和と積和
Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −33
回帰直線
b = −33/10 = −3.3
a = 18.2 − (−3.3)·3 = 28.1
ŷ = 28.1 − 3.3·x
x について解く
x = (17 − 28.1)/(−3.3) = 3.364
答え
x = 3.364
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