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
101520253035404550

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 17, 23, 10, 50, 33.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 170, 표준편차 15인 정규분포를 따릅니다. 176보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 170σ = 15x = 176
P =
3.확률보통
빨강: 5파랑: 6

주머니에 빨간 공 5개와 파란 공 6개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

5 / 6
P =
4.확률어려움
xp(x)10.3520.1530.2540.25μ

X의 분포가 표와 같고 Y = 0.5X − 3입니다. Y의 표준편차 σY을(를) 구하시오.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0.35, 0.15, 0.25, 0.25Y = 0.5X − 3
σY =
5.정규분포보통
100127.75P = ?

IQ 점수은(는) 평균 100 점, 표준편차 15 점인 정규분포를 따릅니다. 100에서 127.75 점 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 100σ = 15x1 = 100x2 = 127.75
P =
6.정규분포어려움
μ = 250x = ?99%

봉지 무게은(는) 평균 250 g, 표준편차 5 g인 정규분포를 따릅니다. 전체의 99%가 그 아래에 있는 값 x(99 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 250σ = 5P = 99%
x = g
7.신뢰구간보통
n = 13, sd​ = 7.60L = ?Ud̄ = 9.6E90%

환자 13명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 9.6, 표준 편차는 7.6이다. 평균 차이에 대한 90% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n = 13d̄ = 9.6sd = 7.690%t(12) = 1.782
하한 = mmHg
8.신뢰구간어려움
σ = 39, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 495%

모표준편차는 39입니다. 평균에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계가 4 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 39E = 495%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.0932.093t = ?df = 19

두 교수법을 비교한다. 집단 1: 학생 10명, 평균 점수 79.5, 표준 편차 12. 집단 2: 학생 11명, 평균 점수 92.1, 표준 편차 2.5. 모집단 분산이 같다고 가정하고 합동 이표본 t 검정을 쓴다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(집단 1 빼기 집단 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 t을(를) 구하시오.

n₁ = 10x̄₁ = 79.5s₁ = 12n₂ = 11x̄₂ = 92.1s₂ = 2.5
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 300명 중 45명, 치료 B를 받은 환자 120명 중 6명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 45n₁ = 300x₂ = 6n₂ = 120
z =
11.선형 회귀와 상관보통
xy1567177919982110523127xy152080100120

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 5
r² =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy16581963228125862810031113xy152025306080100x = 17.5

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 17.5일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 6x = 17.5
ŷ =

3용액

1.기술통계

답: s = 15.57

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 = 133/5 = 26.6

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−9.6)² + (−3.6)² + (−16.6)² + 23.4² + 6.4² = 969.2

표준편차

s = √(969.2/4) = 15.57

답

s = 15.57
2.기술통계

답: P = 0.3446

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 = 0.4

표준정규분포표

Φ(0.4) = 0.6554
P = 1 − 0.6554 = 0.3446

답

P = 0.3446
3.확률

답: P = 0.1818

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 = 5/11 · 4/10 = 20/110 = 0.1818

답

P = 0.1818
4.확률

답: σY = 0.6

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 = 2.4, Var(X) = 1.44, σX = 1.2

일차 변환

σY = |0.5|·1.2 = 0.6

답

σY = 0.6

평균은 실제로 이동합니다: E(Y) = 0.5·2.4 − 3 = −1.8.

5.정규분포

답: P = 0.4678

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 = (100 − 100)/15 = 0
z₂ = (127.75 − 100)/15 = 1.85

사이의 넓이

P = Φ(1.85) − Φ(0) = 0.9678 − 0.5 = 0.4678

답

P = 0.4678
6.정규분포

답: x = 261.6 g

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 = 250 + 2.326·5 = 261.63 g

답

x = 261.63 g
7.신뢰구간

답: 하한 = 5.844 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 = 12, t = 1.782

오차 한계

E = 1.782·7.6/√13 = 3.756

구간

9.6 ± 3.756 → [5.844, 13.36]

답

하한 = 5.844 mmHg
8.신뢰구간

답: n = 366

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 = (1.96·39/4)² = 365.2

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 366

답

n = 366
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −3.41

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.

합동 분산

sp² = (9·12² + 10·2.5²)/19 = 71.5
sp = 8.456

표준오차

SE = 8.456·√(1/10 + 1/11) = 3.695

검정통계량

t = (79.5 − 92.1)/3.695 = −3.41

답

t = −3.41

df = 19에서 양측 5% 임곗값은 2.093입니다. |t|가 더 크므로 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: z = 2.835

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 = 45/300 = 0.15
p̂₂ = 6/120 = 0.05
p̂ = 51/420 = 0.1214

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.1214·0.8786·(1/300 + 1/120)) = 0.03528

검정통계량

z = (0.15 − 0.05)/0.03528 = 2.835

답

z = 2.835

|z| > 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.981

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 = 95/5 = 19
ȳ = 476/5 = 95.2

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 292
Syy = Σ(y − ȳ)² = 2173

결정계수

r² = 292²/(40·2173) = 0.981

답

r² = 0.981

y의 변동 중 약 98.1%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 61.16

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 = 141/6 = 23.5
ȳ = 501/6 = 83.5

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 586.5

회귀직선

b = 586.5/157.5 = 3.724
a = 83.5 − 3.724·23.5 = −4.01
ŷ = −4.01 + 3.724·x

예측

ŷ = −4.01 + 3.724·17.5 = 61.16

답

ŷ = 61.16

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