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
202530354045

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 49, 49, 34, 29, 44, 28, 20.

n = 7
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 100, 표준편차 20인 정규분포를 따릅니다. 80보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 100σ = 20x = 80
P =
3.확률보통
n = 7k = 3N = ?

7명 중에서 3명으로 된 위원회를 뽑는 방법 N은 몇 가지일까요? 순서는 상관없습니다.

n = 7k = 3
N =
4.확률어려움
xp(x)00.310.220.3530.15μ

X의 분포가 표와 같고 Y = 2X − 3입니다. Y의 표준편차 σY을(를) 구하시오.

x: 0, 1, 2, 3p(x): 0.3, 0.2, 0.35, 0.15Y = 2X − 3
σY =
5.정규분포보통
−3−2−10123z−z와 z 사이의 색칠한 넓이 = 0.8969

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.8969이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.8969
z =
6.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
7.신뢰구간보통
n = 7, sd​ = 1.40LU = ?d̄ = 8.2E90%

환자 7명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 8.2, 표준 편차는 1.4이다. 평균 차이에 대한 90% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n = 7d̄ = 8.2sd = 1.490%t(6) = 1.943
상한 = mmHg
8.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(12) = 3.0550L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 9개 구획, 평균 수확량 74 kg, 표준 편차 5.5 kg. 구획 집단 2: 5개 구획, 평균 82.5 kg, 표준 편차 9.5 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n₁ = 9x̄₁ = 74s₁ = 5.5n₂ = 5x̄₂ = 82.5s₂ = 9.599%t(12) = 3.055
하한 = kg
9.가설 검정과 신뢰구간보통
t −1.9901.99

학생 81명 표본의 평균 점수는 50.78, 표본 표준편차는 10입니다. H₀: μ = 50에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 50x̄ = 50.78s = 10n = 81
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0.05βσ = 17, 검정력 95%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 5단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 17이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 95%δ = 5σ = 17zα = 1.645zβ = 1.645
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy12422131541551368xy24610152025

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 6
r² =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy347460555663772xy46506070x = 3.5

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (3.5, 48)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(3.5, 48)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 11.36

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 = 253/7 = 36.14

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 12.86² + 12.86² + (−2.143)² + (−7.143)² + 7.857² + (−8.143)² + (−16.14)² = 774.9

표준편차

s = √(774.9/6) = 11.36

답

s = 11.36
2.기술통계

답: P = 0.1587

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

표준정규분포표

Φ(−1) = 0.1587
P = 0.1587

답

P = 0.1587
3.확률

답: N = 35

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.

조합

C(7, 3) = (7·6·5)/(3·2·1) = 35

답

N = 35
4.확률

답: σY = 2.124

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.

X의 퍼짐

μ = 1.35, Var(X) = 1.128, σX = 1.062

일차 변환

σY = |2|·1.062 = 2.124

답

σY = 2.124

평균은 실제로 이동합니다: E(Y) = 2·1.35 − 3 = −0.3.

5.정규분포

답: z = 1.63

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 + 0.8969)/2 = 0.9484

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9484을 찾아 z를 읽으세요.

z = 1.63

답

z = 1.63
6.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
7.신뢰구간

답: 상한 = 9.228 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 = 6, t = 1.943

오차 한계

E = 1.943·1.4/√7 = 1.028

구간

8.2 ± 1.028 → [7.172, 9.228]

답

상한 = 9.228 mmHg
8.신뢰구간

답: 하한 = −20.58 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 = (8·5.5² + 4·9.5²)/12 = 50.25
sp = 7.089

오차 한계

E = 3.055·7.089·√(1/9 + 1/5) = 12.08

구간

−8.5 ± 12.08 → [−20.58, 3.579]

답

하한 = −20.58 kg
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 0.702

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 = 10/√81 = 10/9 = 1.111

검정통계량

t = (50.78 − 50)/1.111 = 0.702

답

t = 0.702
t0.025; df = 80 = 1.99

|t| < 1.99이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 126

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)·17/5)² = 125.1

올림하기

n = 126

답

n = 126
11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.9422

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 = 96/6 = 16

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −52
Syy = Σ(y − ȳ)² = 164

결정계수

r² = −52²/(17.5·164) = 0.9422

답

r² = 0.9422

y의 변동 중 약 94.22%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: e = −3.45

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 = 297/5 = 59.4

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 53

회귀직선

b = 53/10 = 5.3
a = 59.4 − 5.3·5 = 32.9
ŷ = 32.9 + 5.3·x

예측값

ŷ = 32.9 + 5.3·3.5 = 51.45

잔차

e = 48 − 51.45 = −3.45

답

e = −3.45

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

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