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

상관에서 r = 0.40입니다. 한 변수의 분산 중 다른 변수와 공유되는 비율은 얼마입니까?

  1. A40%
  2. B4%
  3. C60%
  4. D16%
2.심리학 연구 방법어려움

연구자가 세 개 이상의 집단 평균을 비교합니다. 여러 번의 t검정 대신 일원분산분석을 쓰는 이유는 무엇입니까?

  1. At검정을 여러 번 하면 전체 제1종 오류율이 부풀려지기 때문
  2. B분산분석은 항상 같은 t검정 묶음보다 더 큰 효과를 찾기 때문
  3. Ct검정에는 질적 자료가 필요하기 때문
  4. Dt검정은 100보다 큰 수를 다루지 못하기 때문
3.기술통계보통
152025303540455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 11, 59, 18, 13, 32, 34, 42.

n = 7
s =
4.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 500, 표준편차 40인 정규분포를 따릅니다. 580보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 500σ = 40x = 580
P =
5.확률보통
P(적어도 한 번 6) = ??1?2매 던지기에서 P(6) = 1/6

공정한 주사위를 2번 던집니다. 6이 적어도 한 번 나올 확률 P는 얼마일까요?

n = 2
P =
6.확률어려움
n = 11, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k01234567891011

부품 11개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.25로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 11p = 0.25
P =
7.정규분포보통
400 kg399 kgT = X₁ + … + X₁₆?

시멘트 포대의 질량은 독립이며 평균 25 kg, 표준편차 0.5 kg인 정규분포를 따릅니다. 그중 16개의 총 질량이 399 kg 미만일 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μ = 25 kgσ = 0.5 kgn = 16< 399 kg
P =
8.정규분포어려움
μ = 65x = ?25%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 25%가 그 아래에 있는 값 x(25 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 65σ = 10P = 25%
x = 점
9.신뢰구간보통
x̄E₁ = 895%, n = 50x̄E₂ = ?90%, n = 50

관측값 50개와 알려진 σ에 근거한 평균의 95% 신뢰구간의 오차 한계는 8이다. 같은 자료로 90% 구간을 만들면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

95%n₁ = 50E₁ = 890%
E₂ =
10.신뢰구간어려움
σ = 17, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1.599%

모표준편차는 17입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 1.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 17E = 1.599%
n =
11.가설 검정과 신뢰구간보통
t −2.01102.011

학생 49명 표본의 평균 점수는 104.5, 표본 표준편차는 15입니다. H₀: μ = 100에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 100x̄ = 104.5s = 15n = 49
t =
12.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 3α = 0.05βσ = 12, 검정력 95%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 3단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 12이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 95%δ = 3σ = 12zα = 1.645zβ = 1.645
n =
13.선형 회귀와 상관보통
xy269374476583692xy246708090

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5
r =
14.선형 회귀와 상관어려움
xy2641462383310391249xy5102040x = 9

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (9, 40)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(9, 40)
e =
15.카이제곱 검정보통
낮음중간높음합계도시212356100농촌1933860합계405664160

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

N = 1602 × 3
χ² =
16.카이제곱 검정어려움
예아니요합계공장 A5347100공장 B285280공장 C3169100합계112168280dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

표는 관측 도수를 보여 줍니다. α = 0.05에서 두 변수가 독립인지 검정하세요(연속성 수정 없음). 검정 통계량 χ²을(를) 계산한 다음 표의 임곗값과 비교하세요.

N = 2803 × 2α = 0.05
χ² =

3용액

1.심리학 연구 방법

답: D · 16%

이것이 답인 이유

결정계수는 r²이며 여기서는 0.40² = 0.16이므로 분산의 16%가 공유됩니다.

답

D · 16%
2.심리학 연구 방법

답: A · t검정을 여러 번 하면 전체 제1종 오류율이 부풀려지기 때문

이것이 답인 이유

쌍별 검정을 많이 하면 거짓 양성의 가능성이 커집니다. 분산분석은 모든 집단을 한꺼번에 검정하고, 이어서 보정된 사후 검정을 합니다.

답

A · t검정을 여러 번 하면 전체 제1종 오류율이 부풀려지기 때문
3.기술통계

답: s = 17.32

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 = 209/7 = 29.86

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−18.86)² + 29.14² + (−11.86)² + (−16.86)² + 2.143² + 4.143² + 12.14² = 1799

표준편차

s = √(1799/6) = 17.32

답

s = 17.32
4.기술통계

답: P = 0.9772

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 = 2

표준정규분포표

Φ(2) = 0.9772
P = 0.9772

답

P = 0.9772
5.확률

답: P = 0.3056

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.

여사건

P(6이 안 나옴) = (5/6)2 = 0.6944
P = 1 − 0.6944 = 0.3056

답

P = 0.3056
6.확률

답: P = 0.1971

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) = 0.7511 = 0.04224
P(X = 1) = 11·0.25·0.7510 = 0.1549

더하기

P = 0.04224 + 0.1549 = 0.1971

답

P = 0.1971
7.정규분포

답: P = 0.3085

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 = 400 kg, σT = 0.5·√16 = 2 kg

표준화하기

z = (399 − 400)/2 = −0.5

확률

P = Φ(−0.5) = 0.3085

답

P = 0.3085
8.정규분포

답: x = 58.26 점

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) = 0.25 → z = −0.6745

다시 x로

x = 65 + −0.6745·10 = 58.26 점

답

x = 58.26 점
9.신뢰구간

답: E₂ = 6.714

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 = (1.645/1.96)·√(50/50) = 0.8393

새 오차 한계

E₂ = 8·0.8393 = 6.714

답

E₂ = 6.714
10.신뢰구간

답: n = 853

평균에 대한 신뢰구간: x̄ ± 오차 한계. 모집단의 σ를 알면 오차 한계는 z·σ/√n이고, 표본 표준편차 s만 있으면 자유도 n − 1인 t를 써서 t·s/√n입니다. 임계값: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). 오차 한계를 E 이하로 하려면 n ≥ (z·σ/E)²이 필요하며, 올림합니다.

n에 대해 풀기

n = (2.576·17/1.5)² = 852.3

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 853

답

n = 853
11.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 2.1

평균 검정: 검정통계량은 표본평균이 H₀에서 주장하는 값과 표준오차 몇 개만큼 떨어져 있는지를 나타냅니다: σ를 알면 z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), 표본에서 추정하면 t = (x̄ − μ₀)/(s/√n). 신뢰구간은 x̄ ± (임계값)·(표준오차)입니다.

표준오차

SE = 15/√49 = 15/7 = 2.143

검정통계량

t = (104.5 − 100)/2.143 = 2.1

답

t = 2.1
t0.025; df = 48 = 2.011

|t| > 2.011이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

12.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 174

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 = ((1.645 + 1.645)·12/3)² = 173.2

올림하기

n = 174

답

n = 174
13.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9741

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 = 20/5 = 4
ȳ = 394/5 = 78.8

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 55
Syy = Σ(y − ȳ)² = 318.8

상관계수

r = 55/√(10·318.8) = 0.9741

답

r = 0.9741
14.선형 회귀와 상관

답: e = 4.095

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 = 42/6 = 7
ȳ = 164/6 = 27.33

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 300

회귀직선

b = 300/70 = 4.286
a = 27.33 − 4.286·7 = −2.667
ŷ = −2.667 + 4.286·x

예측값

ŷ = −2.667 + 4.286·9 = 35.9

잔차

e = 40 − 35.9 = 4.095

답

e = 4.095

점이 직선 위쪽에 있습니다.

15.카이제곱 검정

답: χ² = 29.74

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

도시: 100·40/160 = 25, 100·56/160 = 35, 100·64/160 = 40
농촌: 60·40/160 = 15, 60·56/160 = 21, 60·64/160 = 24

카이제곱 통계량

χ² = (21 − 25)²/25 + (23 − 35)²/35 + (56 − 40)²/40 + (19 − 15)²/15 + (33 − 21)²/21 + (8 − 24)²/24
χ² = 29.74

답

χ² = 29.74

df = 2. α = 0.05에서 임곗값은 5.991이므로 H₀(독립)은 기각됩니다.

16.카이제곱 검정

답: χ² = 11.25

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

공장 A: 40, 60
공장 B: 32, 48
공장 C: 40, 60

카이제곱 통계량

χ² = (53 − 40)²/40 + (47 − 60)²/60 + (28 − 32)²/32 + (52 − 48)²/48 + (31 − 40)²/40 + (69 − 60)²/60
χ² = 11.25

의사 결정

df = 2, χ²crit = 5.991
11.25 > 5.991

답

χ² = 11.25

χ²이 임곗값보다 크므로 H₀을 기각합니다. 두 변수는 관련이 있는 것으로 보입니다.

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