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
2025303540

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 43, 44, 21, 20, 43.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 50, 표준편차 5인 정규분포를 따릅니다. 57.5보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 50σ = 5x = 57.5
P =
3.확률보통
P(적어도 한 번 6) = ??1?2?3?4?5?6?7매 던지기에서 P(6) = 1/6

공정한 주사위를 7번 던집니다. 6이 적어도 한 번 나올 확률 P는 얼마일까요?

n = 7
P =
4.확률어려움
xp(x)10.2520.2530.140.2550.15μ

X의 분포가 표와 같고 Y = 10X + 20입니다. Y의 표준편차 σY을(를) 구하시오.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.25, 0.25, 0.1, 0.25, 0.15Y = 10X + 20
σY =
5.정규분포보통
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.0113

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.0113이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.0113
z =
6.정규분포어려움
157164171178185192199cm아래 5%

성인 남성의 키은(는) 평균 178 cm, 표준편차 7 cm인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 하위 5%가 왼쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 178 cmσ = 7 cm5%
x = cm
7.신뢰구간보통
x̄E₁ = 299%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 50

관측값 25개와 알려진 σ에 근거한 평균의 99% 신뢰구간의 오차 한계는 2이다. 관측값 50개에 근거한 95% 구간의 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

99%n₁ = 25E₁ = 295%n₂ = 50
E₂ =
8.신뢰구간어려움
σ = 25, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

모표준편차는 25입니다. 평균에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계가 4 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 25E = 495%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
t −1.99801.998

학생 64명 표본의 평균 점수는 95.13, 표본 표준편차는 15입니다. H₀: μ = 100에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 100x̄ = 95.13s = 15n = 64
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 120명 중 36명, 치료 B를 받은 환자 120명 중 43명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 36n₁ = 120x₂ = 43n₂ = 120
z =
11.선형 회귀와 상관보통
xy17981910121119231362513827152xy2025100120140

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

n = 6Σx = 132Σy = 744Σx² = 2974Σy² = 94610Σxy = 16766
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy121221320415514612xy2461520x = 1.5

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (1.5, 19)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(1.5, 19)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 12.52

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 = 171/5 = 34.2

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 8.8² + 9.8² + (−13.2)² + (−14.2)² + 8.8² = 626.8

표준편차

s = √(626.8/4) = 12.52

답

s = 12.52
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 = 0.7209

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.

여사건

P(6이 안 나옴) = (5/6)7 = 0.2791
P = 1 − 0.2791 = 0.7209

답

P = 0.7209
4.확률

답: σY = 14.35

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 = 2.8, Var(X) = 2.06, σX = 1.435

일차 변환

σY = |10|·1.435 = 14.35

답

σY = 14.35

평균은 실제로 이동합니다: E(Y) = 10·2.8 + 20 = 48.

5.정규분포

답: z = 2.28

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 − 0.0113 = 0.9887

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9887을 찾아 z를 읽으세요.

z = 2.28

답

z = 2.28
6.정규분포

답: x = 166.5 cm

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) = 0.05

표에서 구한 z

z ≈ −1.64

원래 단위로 되돌리기

x = 178 − 1.64·7 = 166.5 cm

답

x = 166.5 cm
7.신뢰구간

답: E₂ = 1.076

Confidence interval for a mean: x̄ ± margin of error. With a known population σ the margin is z·σ/√n; with only the sample standard deviation s, use t with n − 1 degrees of freedom: t·s/√n. Critical values: z = 1.645 (90%), 1.96 (95%), 2.576 (99%). To get a margin E or smaller, you need n ≥ (z·σ/E)², rounded up.

오차 한계의 비

E₂/E₁ = (1.96/2.576)·√(25/50) = 0.538

새 오차 한계

E₂ = 2·0.538 = 1.076

답

E₂ = 1.076
8.신뢰구간

답: n = 151

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 = (1.96·25/4)² = 150.1

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 151

답

n = 151
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −2.597

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 = 15/√64 = 15/8 = 1.875

검정통계량

t = (95.13 − 100)/1.875 = −2.597

답

t = −2.597
t0.025; df = 63 = 1.998

|t| > 1.998이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −0.9616

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 = 36/120 = 0.3
p̂₂ = 43/120 = 0.3583
p̂ = 79/240 = 0.3292

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.3292·0.6708·(1/120 + 1/120)) = 0.06067

검정통계량

z = (0.3 − 0.3583)/0.06067 = −0.9616

답

z = −0.9616

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

11.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9805

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 = 16766 − 132·744/6 = 398
Sxx = 2974 − 132²/6 = 70
Syy = 94610 − 744²/6 = 2354

상관계수

r = 398/√(70·2354) = 0.9805

답

r = 0.9805
12.선형 회귀와 상관

답: e = −2.224

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 = 103/6 = 17.17

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −35.5

회귀직선

b = −35.5/17.5 = −2.029
a = 17.17 − (−2.029)·3.5 = 24.27
ŷ = 24.27 − 2.029·x

예측값

ŷ = 24.27 + (−2.029)·1.5 = 21.22

잔차

e = 19 − 21.22 = −2.224

답

e = −2.224

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

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