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)·p^k(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

값을 z 점수로 바꾸세요: z = (x − μ)/σ.
z 왼쪽의 넓이인 Φ(z)를 표에서 찾으세요.
오른쪽 넓이는 1 − Φ(z)를 쓰고, 구간은 두 왼쪽 넓이를 빼세요.
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

z(모집단 σ를 앎)와 t(표본 s만 알고, 자유도 n − 1) 중에서 고르세요.
신뢰수준에 해당하는 임곗값을 찾으세요.
오차 한계: E = 임곗값 × 표준편차/√n.
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

H₀과 H₁을 세우고 단측 검정인지 양측 검정인지 정하세요.
검정 통계량을 계산하세요: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), 또는 s와 t를 사용.
임곗값과 비교하거나 p값을 구하세요.
통계량이 임곗값을 넘으면(p가 α보다 작으면) H₀을 기각하고, 결론을 문장으로 쓰세요.

선형 회귀와 상관

제곱합: S_xx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, S_xy = Σxy − ΣxΣy/n
기울기: b = S_xy/S_xx
절편: a = ȳ − b·x̄
상관계수: r = S_xy/√(S_xxS_yy)
잔차: e = y − ŷ

2연습 문제

1.기술통계보통

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 39, 56, 55, 32, 59, 34, 47.

n = 7

s =

2.기술통계어려움

시험 점수는 평균 60, 표준편차 12인 정규분포를 따릅니다. 72점의 z점수 z를 구하세요.

μ = 60σ = 12x = 72

z =

3.확률보통

주머니에 빨간 공 4개와 파란 공 4개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

4 / 4

P =

4.확률어려움

게임 한 판을 하는 데 €2이 듭니다. 확률 0.2로 €4을, 확률 0.01로 €20을 따고, 그렇지 않으면 아무것도 따지 못합니다. 건 돈은 돌려받지 못합니다. 한 판당 기대 순이익 E(G)을(를) 구하시오.

건 돈 = €2€4: p = 0.2€20: p = 0.01

E(G) = €

5.정규분포보통

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 26.3에서 35.3 min 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 32σ = 6x₁ = 26.3x₂ = 35.3

P =

6.정규분포어려움

IQ 점수은(는) 평균 100 점, 표준편차 15 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 97.5%가 그 아래에 있는 값 x(97.5 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 100σ = 15P = 97.5%

x = 점

7.신뢰구간보통

항목 12개의 표본 평균은 116, 표준편차는 s = 12입니다. 모집단은 대략 정규분포를 따릅니다. 평균에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하세요.

n = 12x̄ = 116s = 1295%t(11) = 2.201

E =

8.신뢰구간어려움

모표준편차는 38입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계가 1.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 38E = 1.590%

n =

9.가설 검정과 신뢰구간보통

학생 16명 표본의 평균 점수는 117.3, 표본 표준편차는 12입니다. H₀: μ = 120에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 120x̄ = 117.3s = 12n = 16

t =

10.가설 검정과 신뢰구간어려움

측정값 16개의 표본 평균은 509입니다. 모표준편차는 20입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 하한 L를 구하세요.

x̄ = 509σ = 20n = 1690%

L =

11.선형 회귀와 상관보통

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 6

r² =

12.선형 회귀와 상관어려움

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 70을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 6ŷ = 70

x =

3용액

1.기술통계

답: s = 11.11

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 = 322/7 = 46

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−7)² + 10² + 9² + (−14)² + 13² + (−12)² + 1² = 740

표준편차

s = √(740/6) = 11.11

답

s = 11.11

2.기술통계

답: z = 1

표준화하기

z = (72 − 60)/12 = 1

답

z = 1

3.확률

답: P = 0.2143

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 = 4/8 · 3/7 = 12/56 = 0.2143

답

P = 0.2143

4.확률

답: E(G) = −1 €

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), σ_Y = |a|·σ_X입니다. 상수를 더해도 퍼짐은 변하지 않습니다.

순 결과

G: 2 (p = 0.2), 18 (p = 0.01), −2 (p = 0.79)

기댓값

E(G) = 2·0.2 + 18·0.01 − 2·0.79 = −1 €

답

E(G) = −1 €

음수는 평균적으로 돈을 잃는다는 뜻입니다.

5.정규분포

답: P = 0.5378

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.

z점수

z₁ = (26.3 − 32)/6 = −0.95

z₂ = (35.3 − 32)/6 = 0.55

사이의 넓이

P = Φ(0.55) − Φ(−0.95) = 0.7088 − 0.1711 = 0.5378

답

P = 0.5378

6.정규분포

답: x = 129.4 점

백분위수에 해당하는 z

Φ(z) = 0.975 → z = 1.96

다시 x로

x = 100 + 1.96·15 = 129.4 점

답

x = 129.4 점

7.신뢰구간

답: E = 7.624

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 = 11, t = 2.201

오차 한계

E = 2.201·12/√12 = 7.624

답

E = 7.624

8.신뢰구간

답: n = 1737

n에 대해 풀기

n = (1.645·38/1.5)² = 1737

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 1737

답

n = 1737

9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −0.9

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/√16 = 12/4 = 3

검정통계량

t = (117.3 − 120)/3 = −0.9

답

t = −0.9

t_{0.025; df = 15} = 2.131

|t| < 2.131이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: L = 500.8

오차 한계

E = 1.645·20/√16 = 8.225

구간 끝값

L = 509 − 8.225 = 500.8

답

L = 500.8

11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.9887

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 = 42/6 = 7

ȳ = 142/6 = 23.67

제곱합과 곱의 합

S_xx = Σ(x − x̄)² = 70

S_xy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 204

S_yy = Σ(y − ȳ)² = 601.3

결정계수

r² = 204²/(70·601.3) = 0.9887

답

r² = 0.9887

y의 변동 중 약 98.87%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: x = 4.716

평균

x̄ = 27/6 = 4.5

ȳ = 412/6 = 68.67

제곱합과 곱의 합

S_xx = Σ(x − x̄)² = 17.5

S_xy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 108

회귀직선

b = 108/17.5 = 6.171

a = 68.67 − 6.171·4.5 = 40.9

ŷ = 40.9 + 6.171·x

x 구하기

x = (70 − 40.9)/6.171 = 4.716

답

x = 4.716

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