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
20253035404550

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 43, 20, 31, 39, 53.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

시험 점수는 평균 100, 표준편차 20인 정규분포를 따릅니다. 108점의 z점수 z를 구하세요.

μ = 100σ = 20x = 108
z =
3.확률보통
xp(x)10.3520.1530.1540.2550.1μ = 2.6

표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.35, 0.15, 0.15, 0.25, 0.1
σ =
4.확률어려움
n = 8, p = 0.3: P(X ≤ 1) = ?k012345678

부품 8개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.3로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 8p = 0.3
P =
5.정규분포보통
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.0256

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.0256이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.0256
z =
6.정규분포어려움
μ = 32x = ?80%

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 전체의 80%가 그 아래에 있는 값 x(80 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 32σ = 6P = 80%
x = min
7.신뢰구간보통
n = 9, s = 7L = ?Ux̄ = 119.5E90%

항목 9개의 표본 평균은 119.5, 표준편차는 s = 7입니다. 모집단은 대략 정규분포를 따릅니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 하한을 구하세요.

n = 9x̄ = 119.5s = 790%t(8) = 1.86
하한 =
8.신뢰구간어려움
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.599%

모표준편차는 39입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 0.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 39E = 0.599%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.422.42p = ?

모집단의 평균은 250이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 15로 알려져 있다. 관측값 25개의 확률 표본의 평균은 242.74이다. H₀: μ = 250 대 H₁: μ ≠ 250을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 250σ = 15n = 25x̄ = 242.74H₁: μ ≠ μ₀
p =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −1.64501.645

측정값 100개의 표본 평균은 502.8입니다. 모표준편차는 20입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 상한 U를 구하세요.

x̄ = 502.8σ = 20n = 10090%
U =
11.선형 회귀와 상관보통
xy12222231841351066xy2465101520

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 = 91Σx² = 91Σy² = 1597Σxy = 258
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy34154374994611561355xy51040455055ŷ = 51

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 51을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 6ŷ = 51
x =

3용액

1.기술통계

답: s = 12.46

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 = 186/5 = 37.2

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 5.8² + (−17.2)² + (−6.2)² + 1.8² + 15.8² = 620.8

표준편차

s = √(620.8/4) = 12.46

답

s = 12.46
2.기술통계

답: z = 0.4

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 = (108 − 100)/20 = 0.4

답

z = 0.4
3.확률

답: σ = 1.428

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 = 1·0.35 + 2·0.15 + 3·0.15 + 4·0.25 + 5·0.1 = 2.6

제곱의 평균

E(X²) = 1·0.35 + 4·0.15 + 9·0.15 + 16·0.25 + 25·0.1 = 8.8

분산

Var(X) = 8.8 − 2.6² = 2.04
σ = √2.04 = 1.428

답

σ = 1.428
4.확률

답: P = 0.2553

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) = 0.78 = 0.05765
P(X = 1) = 8·0.3·0.77 = 0.1977

더하기

P = 0.05765 + 0.1977 = 0.2553

답

P = 0.2553
5.정규분포

답: z = 1.95

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 − 0.0256 = 0.9744

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9744을 찾아 z를 읽으세요.

z = 1.95

답

z = 1.95
6.정규분포

답: x = 37.05 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) = 0.8 → z = 0.8416

다시 x로

x = 32 + 0.8416·6 = 37.05 min

답

x = 37.05 min
7.신뢰구간

답: 하한 = 115.2

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.

임계값

df = n − 1 = 8, t = 1.86

오차 한계

E = 1.86·7/√9 = 4.34

구간

119.5 ± 4.34 → [115.2, 123.8]

답

하한 = 115.2
8.신뢰구간

답: n = 40373

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 = (2.576·39/0.5)² = 40372

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 40373

답

n = 40373
9.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.01552

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 = 15/√25 = 3
z = (242.74 − 250)/3 = −2.42

꼬리 면적

Φ(2.42) = 0.9922
1 − Φ(2.42) = 0.0078

p값

p = 2·0.0078 = 0.01552

답

p = 0.01552

p ≤ 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: U = 506.1

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.

오차 한계

E = 1.645·20/√100 = 3.29

구간 끝값

U = 502.8 + 3.29 = 506.1

답

U = 506.1
11.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9821

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 = 258 − 21·91/6 = −60.5
Sxx = 91 − 21²/6 = 17.5
Syy = 1597 − 91²/6 = 216.8

상관계수

r = −60.5/√(17.5·216.8) = −0.9821

답

r = −0.9821
12.선형 회귀와 상관

답: x = 9.761

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 = 48/6 = 8
ȳ = 290/6 = 48.33

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 106

회귀직선

b = 106/70 = 1.514
a = 48.33 − 1.514·8 = 36.22
ŷ = 36.22 + 1.514·x

x 구하기

x = (51 − 36.22)/1.514 = 9.761

답

x = 9.761

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