기초통계학: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 12개가 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

2연습 문제

1.기술통계보통
152025303540455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 42, 58, 52, 48, 39, 12.

n = 6
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 70, 표준편차 12인 정규분포를 따릅니다. 77.2보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 70σ = 12x = 77.2
P =
3.확률보통
빨강: 6파랑: 7

주머니에 빨간 공 6개와 파란 공 7개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

6 / 7
P =
4.확률어려움
n = 8, p = 0.5: P(X ≤ 1) = ?k012345678

부품 8개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.5로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 8p = 0.5
P =
5.정규분포보통
750 g745.1 gX + Y?

X는 평균 250 g, 표준편차 4 g인 정규분포를 따르고, Y는 독립이며 평균 500 g, 표준편차 9 g인 정규분포를 따릅니다. X + Y가 745.1 g보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 745.1 g
P =
6.정규분포어려움
4 s0X − Y?

주자 A의 한 바퀴 시간 X와 주자 B의 한 바퀴 시간 Y은(는) 독립이며 정규분포를 따릅니다. X는 평균 52 s, 표준편차 4 s이고 Y는 평균 48 s, 표준편차 3 s입니다. X가 Y보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μX = 52 s, σX = 4 sμY = 48 s, σY = 3 s
P =
7.신뢰구간보통
n = 8, sd​ = 50L = ?Ud̄ = −6.6E95%

환자 8명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 −6.6, 표준 편차는 5이다. 평균 차이에 대한 95% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n = 8d̄ = −6.6sd = 595%t(7) = 2.365
하한 = mmHg
8.신뢰구간어려움
σ = 29, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.590%

모표준편차는 29입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계가 2.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 29E = 2.590%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.1312.131t = ?df = 15

두 교수법을 비교한다. 집단 1: 학생 12명, 평균 점수 44, 표준 편차 6.5. 집단 2: 학생 5명, 평균 점수 35.3, 표준 편차 9.5. 모집단 분산이 같다고 가정하고 합동 이표본 t 검정을 쓴다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(집단 1 빼기 집단 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 t을(를) 구하시오.

n₁ = 12x̄₁ = 44s₁ = 6.5n₂ = 5x̄₂ = 35.3s₂ = 9.5
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2α = 0.05βσ = 13, 검정력 90%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 2단위 이동을 검정력 90%로 검출해야 한다. 표준 편차는 13이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 90%δ = 2σ = 13zα = 1.645zβ = 1.282
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy347454562662767xy465060

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 5
r² =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy3675707809961196xy510708090x = 10

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 10일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 5x = 10
ŷ =

3용액

1.기술통계

답: s = 16.13

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 = 251/6 = 41.83

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 0.1667² + 16.17² + 10.17² + 6.167² + (−2.833)² + (−29.83)² = 1301

표준편차

s = √(1301/5) = 16.13

답

s = 16.13
2.기술통계

답: P = 0.7257

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 = 0.6

표준정규분포표

Φ(0.6) = 0.7257
P = 0.7257

답

P = 0.7257
3.확률

답: P = 0.1923

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.

첫 번째와 두 번째 꺼내기

P = 6/13 · 5/12 = 30/156 = 0.1923

답

P = 0.1923
4.확률

답: P = 0.03516

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) = 0.58 = 0.003906
P(X = 1) = 8·0.5·0.57 = 0.03125

더하기

P = 0.003906 + 0.03125 = 0.03516

답

P = 0.03516
5.정규분포

답: P = 0.6915

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.

합의 분포

μ = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g

표준화하기

z = (745.1 − 750)/9.849 = −0.5

위쪽 꼬리

P = 1 − Φ(−0.5) = 1 − 0.3085 = 0.6915

답

P = 0.6915
6.정규분포

답: P = 0.7881

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.

차의 분포

μ = 52 − 48 = 4 s, σ = 5 s

표준화하기

z = (0 − 4)/5 = −0.8

확률

P = 1 − Φ(−0.8) = 0.7881

답

P = 0.7881
7.신뢰구간

답: 하한 = −10.78 mmHg

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.

임계값

df = 7, t = 2.365

오차 한계

E = 2.365·5/√8 = 4.181

구간

−6.6 ± 4.181 → [−10.78, −2.419]

답

하한 = −10.78 mmHg
8.신뢰구간

답: n = 365

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 = (1.645·29/2.5)² = 364.1

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 365

답

n = 365
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 2.203

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.

합동 분산

sp² = (11·6.5² + 4·9.5²)/15 = 55.05
sp = 7.42

표준오차

SE = 7.42·√(1/12 + 1/5) = 3.949

검정통계량

t = (44 − 35.3)/3.949 = 2.203

답

t = 2.203

df = 15에서 양측 5% 임곗값은 2.131입니다. |t|가 더 크므로 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 362

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 + 1.282)·13/2)² = 362

올림하기

n = 362

답

n = 362
11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.9246

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 = 25/5 = 5
ȳ = 292/5 = 58.4

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 48
Syy = Σ(y − ȳ)² = 249.2

결정계수

r² = 48²/(10·249.2) = 0.9246

답

r² = 0.9246

y의 변동 중 약 92.46%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 94.4

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 = 35/5 = 7
ȳ = 409/5 = 81.8

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 168

회귀직선

b = 168/40 = 4.2
a = 81.8 − 4.2·7 = 52.4
ŷ = 52.4 + 4.2·x

예측

ŷ = 52.4 + 4.2·10 = 94.4

답

ŷ = 94.4

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