심리학 연구방법 및 통계: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 16개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

기술통계

평균
x̄ = Σx/n
표본 표준편차
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
중앙값
정렬한 데이터의 가운데 값
z 점수
z = (x − μ)/σ
정규분포
±1σ 안에 68%, ±2σ 안에 95%

확률

여사건
P(not A) = 1 − P(A)
덧셈 정리
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
독립 사건
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
조건부 확률
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
이항분포
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

정규분포

z 점수
z = (x − μ)/σ
x 미만
P(X < x) = Φ(z)
x 초과
P(X > x) = 1 − Φ(z)
두 값 사이
Φ(z2) − Φ(z1)
백분위수
x = μ + z·σ

방법

  1. 값을 z 점수로 바꾸세요: z = (x − μ)/σ.
  2. z 왼쪽의 넓이인 Φ(z)를 표에서 찾으세요.
  3. 오른쪽 넓이는 1 − Φ(z)를 쓰고, 구간은 두 왼쪽 넓이를 빼세요.
  4. 백분위수는 거꾸로 구하세요: 넓이에 해당하는 z를 찾은 다음 x = μ + z·σ.

신뢰구간

σ를 알 때
x̄ ± z·σ/√n
σ를 모를 때
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
임계 z값
90%: 1.645, 95%: 1.96, 99%: 2.576
표본 크기
n = (z·σ/E)², rounded up

방법

  1. z(모집단 σ를 앎)와 t(표본 s만 알고, 자유도 n − 1) 중에서 고르세요.
  2. 신뢰수준에 해당하는 임곗값을 찾으세요.
  3. 오차 한계: E = 임곗값 × 표준편차/√n.
  4. 구간: x̄ ± E.

가설 검정과 신뢰구간

평균에 대한 z 검정
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
평균에 대한 t 검정
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
유의수준 5% 양측 검정
|z| > 1.96이면 H0 기각
신뢰구간
x̄ ± z·σ/√n

방법

  1. H₀과 H₁을 세우고 단측 검정인지 양측 검정인지 정하세요.
  2. 검정 통계량을 계산하세요: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), 또는 s와 t를 사용.
  3. 임곗값과 비교하거나 p값을 구하세요.
  4. 통계량이 임곗값을 넘으면(p가 α보다 작으면) H₀을 기각하고, 결론을 문장으로 쓰세요.

선형 회귀와 상관

제곱합
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
기울기
b = Sxy/Sxx
절편
a = ȳ − b·x̄
상관계수
r = Sxy/√(SxxSyy)
잔차
e = y − ŷ

카이제곱 검정

검정통계량
χ² = Σ(O − E)²/E
적합도 검정
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
독립성 검정
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
임곗값(α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
의사 결정
χ² > χ²crit이면 H0을 기각

2연습 문제

1.심리학 연구 방법보통

평균의 표준오차는 언제 작아집니까?

  1. A변수를 서열 수준으로 측정할 때
  2. B평균이 커질 때
  3. C표본 크기가 작아질 때
  4. D표본 크기가 커질 때
2.심리학 연구 방법어려움

네 집단을 비교하는 일원분산분석이 유의합니다. 어느 집단이 다른지 알아내려면 연구자는 다음에 무엇을 해야 합니까?

  1. A결과를 상관으로 보고한다
  2. B평균에 대해 카이제곱 검정을 실시한다
  3. C네 집단이 모두 서로 다르다고 결론 내린다
  4. D투키 HSD 같은 사후 검정을 실시한다
3.기술통계보통
3540455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 58, 38, 59, 45, 33.

n = 5
s =
4.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 60, 표준편차 15인 정규분포를 따릅니다. 37.5보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 60σ = 15x = 37.5
P =
5.확률보통
xp(x)00.220.3540.360.15μ = 2.8

표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.

x: 0, 2, 4, 6p(x): 0.2, 0.35, 0.3, 0.15
σ =
6.확률어려움
n = 12, p = 0.6: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

부품 12개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.6로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 12p = 0.6
P =
7.정규분포보통
100 kg98.5 kgT = X₁ + … + X₄?

시멘트 포대의 질량은 독립이며 평균 25 kg, 표준편차 0.5 kg인 정규분포를 따릅니다. 그중 4개의 총 질량이 98.5 kg을(를) 초과할 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μ = 25 kgσ = 0.5 kgn = 4> 98.5 kg
P =
8.정규분포어려움
μ = 32x = ?10%

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 전체의 10%가 그 아래에 있는 값 x(10 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 32σ = 6P = 10%
x = min
9.신뢰구간보통
x̄E₁ = 1.199%, n = 64x̄E₂ = ?99%, n = 576

관측값 64개와 알려진 σ에 근거한 평균의 99% 신뢰구간의 오차 한계는 1.1이다. 같은 연구에서 관측값을 576개로 하면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

99%n₁ = 64E₁ = 1.1n₂ = 576
E₂ =
10.신뢰구간어려움
n = 20σ = ?Us = 10.195%

기계 가공한 축 20개의 지름의 표본 표준 편차는 10.1 µm이다. 지름이 정규 분포를 따른다고 가정하고, 모집단 표준 편차에 대한 95% 신뢰구간의 하한 σ을(를) 구하시오. df = 19에서 χ² 분포의 2.5%는 8.907 아래에, 2.5%는 32.852 위에 있다.

n = 20s = 10.1 µmχ² = 8.907, 32.852
σ = µm
11.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.961.96z = ?

두 생산 라인이 같은 부품을 만든다. 라인 1: 부품 60개 표본의 평균 길이는 42.5 mm이고, 라인의 알려진 표준 편차는 16 mm이다. 라인 2: 부품 100개 표본의 평균은 40.2 mm, 알려진 표준 편차는 15 mm이다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(라인 1 빼기 라인 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

n₁ = 60x̄₁ = 42.5 mmσ₁ = 16 mmn₂ = 100x̄₂ = 40.2 mmσ₂ = 15 mm
z =
12.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 4α = 0.01βσ = 25, 검정력 80%, n = ?

α = 0.01의 단측 z 검정이 평균의 4단위 이동을 검정력 80%로 검출해야 한다. 표준 편차는 25이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.01검정력 = 80%δ = 4σ = 25zα = 2.326zβ = 0.842
n =
13.선형 회귀와 상관보통
xy126222322420521617xy2462025

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6Σx = 21Σy = 128Σx² = 91Σy² = 2774Σxy = 423
r =
14.선형 회귀와 상관어려움
xy368470581692797896xy468708090100x = 6.5

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (6.5, 86)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(6.5, 86)
e =
15.카이제곱 검정보통
예아니요합계남성3070100여성5050100합계80120200

분할표는 관측 도수를 보여 줍니다. 행 변수와 열 변수 사이의 독립성 검정을 위한 카이제곱 통계량 χ²을(를) 계산하세요. 연속성 수정은 쓰지 마세요.

N = 2002 × 2
χ² =
16.카이제곱 검정어려움

카이제곱 적합도 검정으로 6개 범주의 도수가, 같은 자료에서 평균을 추정한 푸아송 분포를 따르는지 확인합니다. 이 검정의 자유도 df은(는) 얼마인가요?

k = 6
df =

3용액

1.심리학 연구 방법

답: D · 표본 크기가 커질 때

이것이 답인 이유

표준오차는 표본 평균이 모집단 평균을 중심으로 얼마나 변하는지 추정합니다. 표본이 클수록 추정이 더 정밀합니다.

답

D · 표본 크기가 커질 때
2.심리학 연구 방법

답: D · 투키 HSD 같은 사후 검정을 실시한다

이것이 답인 이유

유의한 F는 모든 평균이 같지는 않음을 보여 줍니다. 사후 검정이나 계획된 대비가 오류율을 통제하면서 어떤 쌍이 다른지 확인합니다.

답

D · 투키 HSD 같은 사후 검정을 실시한다
3.기술통계

답: s = 11.67

기술통계: 평균은 합을 n으로 나눈 값이고, 중앙값은 정렬된 자료의 가운데 값입니다(n이 짝수면 가운데 두 값의 평균). 표본 표준편차는 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z점수 z = (x − μ)/σ는 어떤 값이 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지를 나타냅니다.

평균

x̄ = 233/5 = 46.6

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 11.4² + (−8.6)² + 12.4² + (−1.6)² + (−13.6)² = 545.2

표준편차

s = √(545.2/4) = 11.67

답

s = 11.67
4.기술통계

답: P = 0.9332

기술통계: 평균은 합을 n으로 나눈 값이고, 중앙값은 정렬된 자료의 가운데 값입니다(n이 짝수면 가운데 두 값의 평균). 표본 표준편차는 s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). z점수 z = (x − μ)/σ는 어떤 값이 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지를 나타냅니다.

표준화하기

z = −1.5

표준정규분포표

Φ(−1.5) = 0.06681
P = 1 − 0.06681 = 0.9332

답

P = 0.9332
5.확률

답: σ = 1.939

이산 확률변수: 확률분포는 변수가 가질 수 있는 모든 값 x와 그 확률 p(x)를 나열합니다. 확률은 0과 1 사이이며 합이 1입니다. 기댓값(평균)은 E(X) = Σx·p(x)로, 장기적인 평균입니다. 분산은 Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ²이고, 표준편차는 σ = √Var(X)입니다. 일차 변환 Y = aX + b에서는 E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X), σY = |a|·σX입니다. 상수를 더해도 퍼짐은 변하지 않습니다.

평균

μ = 0·0.2 + 2·0.35 + 4·0.3 + 6·0.15 = 2.8

제곱의 평균

E(X²) = 0·0.2 + 4·0.35 + 16·0.3 + 36·0.15 = 11.6

분산

Var(X) = 11.6 − 2.8² = 3.76
σ = √3.76 = 1.939

답

σ = 1.939
6.확률

답: P = 0.0003188

확률: 결과가 모두 같은 정도로 일어날 때 P(A) = 유리한 경우의 수/전체 경우의 수. 독립 사건은 곱합니다: P(A 그리고 B) = P(A)·P(B). 여사건이 자주 도움이 됩니다: P(적어도 하나) = 1 − P(하나도 없음). 이항분포: 성공 확률 p인 독립 시행 n번에서 P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

고장 0개와 1개

P(X = 0) = 0.412 = 1.678 × 10⁻⁵
P(X = 1) = 12·0.6·0.411 = 0.000302

더하기

P = 1.678 × 10⁻⁵ + 0.000302 = 0.0003188

답

P = 0.0003188
7.정규분포

답: P = 0.9332

정규 변수의 합과 차: X와 Y가 독립이고 정규분포를 따르면 X + Y와 X − Y도 정규분포를 따릅니다. 평균은 더하거나 뺍니다: E(X ± Y) = μX ± μY. 분산은 차일 때도 항상 더합니다: Var(X ± Y) = σX² + σY²이므로 σ = √(σX² + σY²)입니다. 표준편차를 직접 더해서는 안 됩니다. 같은 분포를 따르는 독립인 n개 항목의 합은 평균 n·μ, 표준편차 σ·√n입니다. 그다음 평소처럼 표준화하여 z = (x − 평균)/σ를 구하고 Φ(z)를 읽습니다.

합계의 분포

μT = 100 kg, σT = 0.5·√4 = 1 kg

표준화하기

z = (98.5 − 100)/1 = −1.5

확률

P = 1 − Φ(−1.5) = 0.9332

답

P = 0.9332
8.정규분포

답: x = 24.31 min

정규분포: 값 x를 z점수 z = (x − μ)/σ로 바꾸면 평균에서 표준편차 몇 개만큼 떨어져 있는지 알 수 있습니다. z표(또는 Φ(z))는 z 왼쪽의 넓이, 즉 P(X < x)를 줍니다. 오른쪽 넓이는 1 − Φ(z)이고, 두 값 사이의 넓이는 두 넓이의 차입니다.

백분위수에 해당하는 z

Φ(z) = 0.1 → z = −1.282

다시 x로

x = 32 + −1.282·6 = 24.31 min

답

x = 24.31 min
9.신뢰구간

답: E₂ = 0.3667

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.

오차 한계의 비

E₂/E₁ = (2.576/2.576)·√(64/576) = 0.3333

새 오차 한계

E₂ = 1.1·0.3333 = 0.3667

답

E₂ = 0.3667
10.신뢰구간

답: σ = 7.681 µm

분산의 구간: (n − 1)s²/σ²은 자유도 n − 1의 χ² 분포를 따릅니다. σ²의 95% 구간은 (n − 1)s²를 위쪽 χ² 값(그 위에 2.5%)으로 나눈 값에서 아래쪽 χ² 값(그 아래에 2.5%)으로 나눈 값까지이며, σ의 구간은 두 한계의 제곱근입니다. 이 구간은 s를 중심으로 대칭이 아닙니다.

제곱합

(n − 1)s² = 19·10.1² = 1938

σ²의 한계

1938/32.852 = 59
1938/8.907 = 217.6

σ의 한계

σ = √59 = 7.681 µm

답

σ = 7.681 µm

σ의 95% 구간: [7.681, 14.75] µm.

11.가설 검정과 신뢰구간

답: z = 0.901

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.

차의 표준 오차

SE = √(16²/60 + 15²/100) = √6.517 = 2.553

검정통계량

z = (42.5 − 40.2)/2.553 = 0.901

답

z = 0.901

|z| < 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

12.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 393

검정의 표본 크기: 수준 α의 단측 z 검정에서 참 이동 δ를 검정력 1 − β로 검출하려면 표준 오차가 δ = (z_α + z_β)·σ/√n을 만족해야 하므로 n = ((z_α + z_β)·σ/δ)²이고, 올림합니다.

n에 대해 풀기

n = ((2.326 + 0.842)·25/4)² = 392

올림하기

n = 393

답

n = 393
13.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9078

최소제곱 회귀: 평균을 x̄, ȳ라 하고 Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)², Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ)라 하면, 직선 ŷ = a + b·x의 기울기는 b = Sxy/Sxx, 절편은 a = ȳ − b·x̄이므로 이 직선은 항상 (x̄, ȳ)를 지납니다. 피어슨 상관계수 r = Sxy/√(Sxx·Syy)는 −1과 1 사이에 있으며, r²은 y의 변동 중 직선으로 설명되는 비율입니다.

중심화한 합

Sxy = 423 − 21·128/6 = −25
Sxx = 91 − 21²/6 = 17.5
Syy = 2774 − 128²/6 = 43.33

상관계수

r = −25/√(17.5·43.33) = −0.9078

답

r = −0.9078
14.선형 회귀와 상관

답: e = −4.629

최소제곱 회귀: 평균을 x̄, ȳ라 하고 Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)², Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ)라 하면, 직선 ŷ = a + b·x의 기울기는 b = Sxy/Sxx, 절편은 a = ȳ − b·x̄이므로 이 직선은 항상 (x̄, ȳ)를 지납니다. 피어슨 상관계수 r = Sxy/√(Sxx·Syy)는 −1과 1 사이에 있으며, r²은 y의 변동 중 직선으로 설명되는 비율입니다.

평균

x̄ = 33/6 = 5.5
ȳ = 504/6 = 84

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 116

회귀직선

b = 116/17.5 = 6.629
a = 84 − 6.629·5.5 = 47.54
ŷ = 47.54 + 6.629·x

예측값

ŷ = 47.54 + 6.629·6.5 = 90.63

잔차

e = 86 − 90.63 = −4.629

답

e = −4.629

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

15.카이제곱 검정

답: χ² = 8.333

카이제곱 검정: 관측 도수 O를 H₀에서의 기대 도수 E와 χ² = Σ(O − E)²/E로 비교합니다. 적합도 검정: 각 범주에 E = n·p, df = k − 1(자료에서 추정한 모수마다 1씩 더 뺌). r × c 표의 독립성 검정: E = 행 합계 × 열 합계 / 총합계, df = (r − 1)(c − 1). χ²이 선택한 α의 임곗값을 넘으면 H₀을 기각합니다.

기대 도수

남성: 100·80/200 = 40, 100·120/200 = 60
여성: 100·80/200 = 40, 100·120/200 = 60

카이제곱 통계량

χ² = (30 − 40)²/40 + (70 − 60)²/60 + (50 − 40)²/40 + (50 − 60)²/60
χ² = 8.333

답

χ² = 8.333

df = 1. α = 0.05에서 임곗값은 3.841이므로 H₀(독립)은 기각됩니다.

16.카이제곱 검정

답: df = 4

카이제곱 검정: 관측 도수 O를 H₀에서의 기대 도수 E와 χ² = Σ(O − E)²/E로 비교합니다. 적합도 검정: 각 범주에 E = n·p, df = k − 1(자료에서 추정한 모수마다 1씩 더 뺌). r × c 표의 독립성 검정: E = 행 합계 × 열 합계 / 총합계, df = (r − 1)(c − 1). χ²이 선택한 α의 임곗값을 넘으면 H₀을 기각합니다.

자유도

df = 6 − 1 − 1 = 4

답

df = 4

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