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

관찰에서 자료 수집 전에 행동 범주를 조작적으로 정의하는 이유는 무엇입니까?

  1. A자료를 본 후 가설을 바꿀 수 있도록
  2. B관찰이 실험이 되도록
  3. C참가자가 무엇이 기록되는지 정확히 알도록
  4. D관찰자들이 같은 행동을 일관되게 기록하여 신뢰도를 높이도록
2.심리학 연구 방법어려움

운동은 우울을 줄이며, 그 효과는 운동이 수면을 개선하고 수면이 다시 우울을 낮추기 때문에 생깁니다. 수면은 무엇으로 가장 잘 설명됩니까?

  1. A매개변수
  2. B외재변수
  3. C통제변수
  4. D조절변수
3.기술통계보통
15202530354045505560

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 27, 38, 18, 60, 40, 30, 11.

n = 7
s =
4.기술통계어려움
z −2−1012

시험 점수는 평균 500, 표준편차 40인 정규분포를 따릅니다. 452점의 z점수 z를 구하세요.

μ = 500σ = 40x = 452
z =
5.확률보통
xp(x)100.35200.2300.15400.3μ = 24

표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.

x: 10, 20, 30, 40p(x): 0.35, 0.2, 0.15, 0.3
σ =
6.확률어려움
n = 11, p = 0.7: P(X = 4) = ?k01234567891011

어떤 시험에 객관식 문제가 11개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.7로 맞힙니다. 정확히 4개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?

n = 11p = 0.7k = 4
P =
7.정규분포보통
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.8643

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.8643이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.8643
z =
8.정규분포어려움
μ = 500x = ?99%

배터리 수명은(는) 평균 500 h, 표준편차 40 h인 정규분포를 따릅니다. 전체의 99%가 그 아래에 있는 값 x(99 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 500σ = 40P = 99%
x = h
9.신뢰구간보통
x̄E₁ = 10.299%, n = 25x̄E₂ = ?90%, n = 25

관측값 25개와 알려진 σ에 근거한 평균의 99% 신뢰구간의 오차 한계는 10.2이다. 같은 자료로 90% 구간을 만들면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

99%n₁ = 25E₁ = 10.290%
E₂ =
10.신뢰구간어려움
n = 16σ = ?Us = 0.995%

기계 가공한 축 16개의 지름의 표본 표준 편차는 0.9 µm이다. 지름이 정규 분포를 따른다고 가정하고, 모집단 표준 편차에 대한 95% 신뢰구간의 하한 σ을(를) 구하시오. df = 15에서 χ² 분포의 2.5%는 6.262 아래에, 2.5%는 27.488 위에 있다.

n = 16s = 0.9 µmχ² = 6.262, 27.488
σ = µm
11.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.44p = ?

모집단의 평균은 100이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 18로 알려져 있다. 관측값 144개의 확률 표본의 평균은 97.84이다. H₀: μ = 100 대 H₁: μ < 100을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 100σ = 18n = 144x̄ = 97.84H₁: μ < μ₀
p =
12.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −1.64501.645

측정값 16개의 표본 평균은 100.2입니다. 모표준편차는 4입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 상한 U를 구하세요.

x̄ = 100.2σ = 4n = 1690%
U =
13.선형 회귀와 상관보통
xy274116138191024xy5101020

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5Σx = 30Σy = 74Σx² = 220Σy² = 1276Σxy = 528
r =
14.선형 회귀와 상관어려움
xy121223319420516614xy2461520x = 4.5

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 4.5일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 6x = 4.5
ŷ =
15.카이제곱 검정보통
버스자전거자동차합계학생125137100교직원12133560합계246472160

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
합격불합격합계1라인319402라인319403라인431760합계10535140dfα = 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 = 0.01에서 두 변수가 독립인지 검정하세요(연속성 수정 없음). 검정 통계량 χ²을(를) 계산한 다음 표의 임곗값과 비교하세요.

N = 1403 × 2α = 0.01
χ² =

3용액

1.심리학 연구 방법

답: D · 관찰자들이 같은 행동을 일관되게 기록하여 신뢰도를 높이도록

이것이 답인 이유

명확하고 관찰 가능한 범주(예: "손바닥으로 때림")는 주관적 판단을 줄이고 관찰자 간 신뢰도를 높입니다.

답

D · 관찰자들이 같은 행동을 일관되게 기록하여 신뢰도를 높이도록
2.심리학 연구 방법

답: A · 매개변수

이것이 답인 이유

매개변수는 예측변수와 결과 사이의 인과 경로에 놓여 효과가 어떻게 또는 왜 생기는지 설명합니다.

답

A · 매개변수
3.기술통계

답: s = 16.07

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 = 224/7 = 32

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−5)² + 6² + (−14)² + 28² + 8² + (−2)² + (−21)² = 1550

표준편차

s = √(1550/6) = 16.07

답

s = 16.07
4.기술통계

답: z = −1.2

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 = (452 − 500)/40 = −1.2

답

z = −1.2
5.확률

답: σ = 12.41

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 = 10·0.35 + 20·0.2 + 30·0.15 + 40·0.3 = 24

제곱의 평균

E(X²) = 100·0.35 + 400·0.2 + 900·0.15 + 1600·0.3 = 730

분산

Var(X) = 730 − 24² = 154
σ = √154 = 12.41

답

σ = 12.41
6.확률

답: P = 0.01733

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.

이항분포 공식

P(X = 4) = 330·0.74·0.37 = 330·0.2401·0.0002187 = 0.01733

답

P = 0.01733
7.정규분포

답: z = −1.1

넓이에서 z로 되돌아가기: Φ(z)는 z의 왼쪽 넓이입니다. 왼쪽 꼬리 넓이 A이면 표에서 Φ(z) = A인 z를 찾습니다. 오른쪽 꼬리 넓이 A이면 Φ(z) = 1 − A입니다. −z와 z 사이의 가운데 넓이 A이면 양쪽 꼬리에 (1 − A)/2씩 남으므로 Φ(z) = (1 + A)/2입니다. 값 x에는 x = μ + zσ를 쓰세요.

z의 왼쪽 넓이

Φ(z) = 1 − 0.8643 = 0.1357

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.1357을 찾아 z를 읽으세요.

z = −1.10

답

z = −1.10
8.정규분포

답: x = 593.1 h

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) = 0.99 → z = 2.326

다시 x로

x = 500 + 2.326·40 = 593.05 h

답

x = 593.05 h
9.신뢰구간

답: E₂ = 6.514

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 = (1.645/2.576)·√(25/25) = 0.6386

새 오차 한계

E₂ = 10.2·0.6386 = 6.514

답

E₂ = 6.514
10.신뢰구간

답: σ = 0.6648 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 = 15·0.9² = 12.15

σ²의 한계

12.15/27.488 = 0.442
12.15/6.262 = 1.94

σ의 한계

σ = √0.442 = 0.6648 µm

답

σ = 0.6648 µm

σ의 95% 구간: [0.6648, 1.393] µm.

11.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.07493

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.

검정통계량

SE = σ/√n = 18/√144 = 1.5
z = (97.84 − 100)/1.5 = −1.44

꼬리 면적

Φ(1.44) = 0.9251
1 − Φ(1.44) = 0.0749

p값

p = 0.07493

답

p = 0.07493

p > 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각하지 않습니다.

12.가설 검정과 신뢰구간

답: U = 101.8

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.

오차 한계

E = 1.645·4/√16 = 1.645

구간 끝값

U = 100.2 + 1.645 = 101.8

답

U = 101.8
13.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9878

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 = 528 − 30·74/5 = 84
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1276 − 74²/5 = 180.8

상관계수

r = 84/√(40·180.8) = 0.9878

답

r = 0.9878
14.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 17.26

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 = 21/6 = 3.5
ȳ = 113/6 = 18.83

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27.5

회귀직선

b = −27.5/17.5 = −1.571
a = 18.83 − (−1.571)·3.5 = 24.33
ŷ = 24.33 − 1.571·x

예측

ŷ = 24.33 + (−1.571)·4.5 = 17.26

답

ŷ = 17.26
15.카이제곱 검정

답: χ² = 13.46

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

학생: 100·24/160 = 15, 100·64/160 = 40, 100·72/160 = 45
교직원: 60·24/160 = 9, 60·64/160 = 24, 60·72/160 = 27

카이제곱 통계량

χ² = (12 − 15)²/15 + (51 − 40)²/40 + (37 − 45)²/45 + (12 − 9)²/9 + (13 − 24)²/24 + (35 − 27)²/27
χ² = 13.46

답

χ² = 13.46

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

16.카이제곱 검정

답: χ² = 0.6222

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

1라인: 30, 10
2라인: 30, 10
3라인: 45, 15

카이제곱 통계량

χ² = (31 − 30)²/30 + (9 − 10)²/10 + (31 − 30)²/30 + (9 − 10)²/10 + (43 − 45)²/45 + (17 − 15)²/15
χ² = 0.6222

의사 결정

df = 2, χ²crit = 9.210
0.6222 < 9.210

답

χ² = 0.6222

χ²이 임곗값보다 작으므로 H₀을 기각하지 않습니다. 관련성에 대한 유의한 증거가 없습니다.

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