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
2025303540455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 18, 46, 49, 21, 59.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 100, 표준편차 5인 정규분포를 따릅니다. 107.5보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 100σ = 5x = 107.5
P =
3.확률보통
빨강: 8파랑: 3

주머니에 빨간 공 8개와 파란 공 3개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

8 / 3
P =
4.확률어려움
n = 6, p = 0.3: P(X = 4) = ?k0123456

어떤 시험에 객관식 문제가 6개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.3로 맞힙니다. 정확히 4개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?

n = 6p = 0.3k = 4
P =
5.정규분포보통
−3−2−10123z−z와 z 사이의 색칠한 넓이 = 0.7415

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.7415이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.7415
z =
6.정규분포어려움
235240245250255260265g아래 95%

봉지 무게은(는) 평균 250 g, 표준편차 5 g인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 하위 95%가 왼쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 250 gσ = 5 g95%
x = g
7.신뢰구간보통
μ₁ − μ₂0LU = ?x̄₁ − x̄₂E90%

두 휴대전화 모델의 배터리 수명을 비교한다. 모델 1: 휴대전화 30대, 평균 149.5 h, 알려진 표준 편차 6 h. 모델 2: 휴대전화 100대, 평균 151.5 h, 알려진 표준 편차 13 h. μ₁ − μ₂에 대한 90% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n₁ = 30x̄₁ = 149.5 hσ₁ = 6 hn₂ = 100x̄₂ = 151.5 hσ₂ = 13 h90%
상한 = h
8.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(12) = 3.0550LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 5개 구획, 평균 수확량 66.5 kg, 표준 편차 6 kg. 구획 집단 2: 9개 구획, 평균 63 kg, 표준 편차 8.5 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n₁ = 5x̄₁ = 66.5s₁ = 6n₂ = 9x̄₂ = 63s₂ = 8.599%t(12) = 3.055
E = kg
9.가설 검정과 신뢰구간보통
t −1.98401.984

학생 100명 표본의 평균 점수는 46.28, 표본 표준편차는 12입니다. H₀: μ = 50에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 50x̄ = 46.28s = 12n = 100
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 100명 중 55명, 치료 B를 받은 환자 150명 중 92명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 55n₁ = 100x₂ = 92n₂ = 150
z =
11.선형 회귀와 상관보통
xy1655196522782584289731109xy152025306080100

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6Σx = 141Σy = 488Σx² = 3471Σy² = 41680Σxy = 12026
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy143244354456566xy245060x = 3.5

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (3.5, 54)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(3.5, 54)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 18.12

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 = 193/5 = 38.6

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−20.6)² + 7.4² + 10.4² + (−17.6)² + 20.4² = 1313

표준편차

s = √(1313/4) = 18.12

답

s = 18.12
2.기술통계

답: P = 0.06681

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) = 0.9332
P = 1 − 0.9332 = 0.06681

답

P = 0.06681
3.확률

답: P = 0.5091

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 = 8/11 · 7/10 = 56/110 = 0.5091

답

P = 0.5091
4.확률

답: P = 0.05953

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) = 15·0.34·0.72 = 15·0.0081·0.49 = 0.05953

답

P = 0.05953
5.정규분포

답: z = 1.13

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 + 0.7415)/2 = 0.8708

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.8708을 찾아 z를 읽으세요.

z = 1.13

답

z = 1.13
6.정규분포

답: x = 258.2 g

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.

왼쪽 넓이

Φ(z) = 0.95

표에서 구한 z

z ≈ 1.64

원래 단위로 되돌리기

x = 250 + 1.64·5 = 258.2 g

답

x = 258.2 g
7.신뢰구간

답: 상한 = 0.7965 h

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.

점추정값

x̄₁ − x̄₂ = 149.5 − 151.5 = −2

표준오차

SE = √(6²/30 + 13²/100) = 1.7

오차 한계

E = 1.645·1.7 = 2.796

구간

−2 ± 2.796 → [−4.796, 0.7965]

답

상한 = 0.7965 h

구간이 0을 포함하므로 자료는 유의한 차이를 보여 주지 않습니다.

8.신뢰구간

답: E = 13.22 kg

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.

합동 표준 편차

sp² = (4·6² + 8·8.5²)/12 = 60.17
sp = 7.757

오차 한계

E = 3.055·7.757·√(1/5 + 1/9) = 13.22

답

E = 13.22 kg
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −3.1

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 = 12/√100 = 12/10 = 1.2

검정통계량

t = (46.28 − 50)/1.2 = −3.1

답

t = −3.1
t0.025; df = 99 = 1.984

|t| > 1.984이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −0.9967

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.

표본 비율

p̂₁ = 55/100 = 0.55
p̂₂ = 92/150 = 0.6133
p̂ = 147/250 = 0.588

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.588·0.412·(1/100 + 1/150)) = 0.06354

검정통계량

z = (0.55 − 0.6133)/0.06354 = −0.9967

답

z = −0.9967

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

11.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9969

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 = 12026 − 141·488/6 = 558
Sxx = 3471 − 141²/6 = 157.5
Syy = 41680 − 488²/6 = 1989

상관계수

r = 558/√(157.5·1989) = 0.9969

답

r = 0.9969
12.선형 회귀와 상관

답: e = −1.5

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 = 15/5 = 3
ȳ = 263/5 = 52.6

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 58

회귀직선

b = 58/10 = 5.8
a = 52.6 − 5.8·3 = 35.2
ŷ = 35.2 + 5.8·x

예측값

ŷ = 35.2 + 5.8·3.5 = 55.5

잔차

e = 54 − 55.5 = −1.5

답

e = −1.5

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

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