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
15202530354045505560

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 17, 12, 26, 60, 21, 44.

n = 6
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

시험 점수는 평균 100, 표준편차 10인 정규분포를 따릅니다. 88점의 z점수 z를 구하세요.

μ = 100σ = 10x = 88
z =
3.확률보통
빨강: 3파랑: 7

주머니에 빨간 공 3개와 파란 공 7개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

3 / 7
P =
4.확률어려움
n = 12, p = 0.25: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

부품 12개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.25로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 12p = 0.25
P =
5.정규분포보통
200 mm199.6 mmX + Y?

X는 평균 120 mm, 표준편차 0.3 mm인 정규분포를 따르고, Y는 독립이며 평균 80 mm, 표준편차 0.4 mm인 정규분포를 따릅니다. X + Y가 199.6 mm보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μX = 120, σX = 0.3μY = 80, σY = 0.4X + Y > 199.6 mm
P =
6.정규분포어려움
0.02 mm0D − d?

구멍 지름 D는 평균 25.02 mm, 표준편차 0.02 mm인 정규분포를 따릅니다. 축 지름 d는 독립이며 평균 25 mm, 표준편차 0.015 mm인 정규분포를 따릅니다. 무작위로 고른 축은 D − d > 0일 때 끼워집니다. 끼워질 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

구멍: μ = 25.02 mm, σ = 0.02 mm축: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm
P =
7.신뢰구간보통
n = 8, s = 1L = ?Ux̄ = 101E90%

항목 8개의 표본 평균은 101, 표준편차는 s = 1입니다. 모집단은 대략 정규분포를 따릅니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 하한을 구하세요.

n = 8x̄ = 101s = 190%t(7) = 1.895
하한 =
8.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(12) = 2.1790LU = ?x̄₁ − x̄₂E95%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 5개 구획, 평균 수확량 79.5 kg, 표준 편차 9 kg. 구획 집단 2: 9개 구획, 평균 72.5 kg, 표준 편차 3 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 95% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n₁ = 5x̄₁ = 79.5s₁ = 9n₂ = 9x̄₂ = 72.5s₂ = 395%t(12) = 2.179
상한 = kg
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.1452.145t = ?df = 14

두 교수법을 비교한다. 집단 1: 학생 11명, 평균 점수 78, 표준 편차 7.5. 집단 2: 학생 5명, 평균 점수 73.1, 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 = 11x̄₁ = 78s₁ = 7.5n₂ = 5x̄₂ = 73.1s₂ = 2.5
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 250명 중 150명, 치료 B를 받은 환자 250명 중 180명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 150n₁ = 250x₂ = 180n₂ = 250
z =
11.선형 회귀와 상관보통
xy154117521956217423802576xy152025406080

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 6
r² =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy122219316416515xy241520x = 1.5

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (1.5, 17)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(1.5, 17)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 18.36

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 = 180/6 = 30

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−13)² + (−18)² + (−4)² + 30² + (−9)² + 14² = 1686

표준편차

s = √(1686/5) = 18.36

답

s = 18.36
2.기술통계

답: z = −1.2

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 = (88 − 100)/10 = −1.2

답

z = −1.2
3.확률

답: P = 0.06667

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 = 3/10 · 2/9 = 6/90 = 0.06667

답

P = 0.06667
4.확률

답: P = 0.1584

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.

고장 0개와 1개

P(X = 0) = 0.7512 = 0.03168
P(X = 1) = 12·0.25·0.7511 = 0.1267

더하기

P = 0.03168 + 0.1267 = 0.1584

답

P = 0.1584
5.정규분포

답: P = 0.7881

정규 변수의 합과 차: X와 Y가 독립이고 정규분포를 따르면 X + Y와 X − Y도 정규분포를 따릅니다. 평균은 더하거나 뺍니다: E(X ± Y) = μX ± μY. 분산은 차일 때도 항상 더합니다: Var(X ± Y) = σX² + σY²이므로 σ = √(σX² + σY²)입니다. 표준편차를 직접 더해서는 안 됩니다. 같은 분포를 따르는 독립인 n개 항목의 합은 평균 n·μ, 표준편차 σ·√n입니다. 그다음 평소처럼 표준화하여 z = (x − 평균)/σ를 구하고 Φ(z)를 읽습니다.

합의 분포

μ = 200 mm, σ = √(0.3² + 0.4²) = 0.5 mm

표준화하기

z = (199.6 − 200)/0.5 = −0.8

위쪽 꼬리

P = 1 − Φ(−0.8) = 1 − 0.2119 = 0.7881

답

P = 0.7881
6.정규분포

답: P = 0.7881

정규 변수의 합과 차: X와 Y가 독립이고 정규분포를 따르면 X + Y와 X − Y도 정규분포를 따릅니다. 평균은 더하거나 뺍니다: E(X ± Y) = μX ± μY. 분산은 차일 때도 항상 더합니다: Var(X ± Y) = σX² + σY²이므로 σ = √(σX² + σY²)입니다. 표준편차를 직접 더해서는 안 됩니다. 같은 분포를 따르는 독립인 n개 항목의 합은 평균 n·μ, 표준편차 σ·√n입니다. 그다음 평소처럼 표준화하여 z = (x − 평균)/σ를 구하고 Φ(z)를 읽습니다.

차의 분포

μ = 25.02 − 25 = 0.02 mm, σ = 0.025 mm

표준화하기

z = (0 − 0.02)/0.025 = −0.8

확률

P = 1 − Φ(−0.8) = 0.7881

답

P = 0.7881
7.신뢰구간

답: 하한 = 100.3

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 = 7, t = 1.895

오차 한계

E = 1.895·1/√8 = 0.67

구간

101 ± 0.67 → [100.3, 101.7]

답

하한 = 100.3
8.신뢰구간

답: 상한 = 13.98 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 = (4·9² + 8·3²)/12 = 33
sp = 5.745

오차 한계

E = 2.179·5.745·√(1/5 + 1/9) = 6.982

구간

7 ± 6.982 → [0.01813, 13.98]

답

상한 = 13.98 kg
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 1.402

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 = (10·7.5² + 4·2.5²)/14 = 41.96
sp = 6.478

표준오차

SE = 6.478·√(1/11 + 1/5) = 3.494

검정통계량

t = (78 − 73.1)/3.494 = 1.402

답

t = 1.402

df = 14에서 양측 5% 임곗값은 2.145입니다. |t|가 더 작으므로 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −2.832

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 = 150/250 = 0.6
p̂₂ = 180/250 = 0.72
p̂ = 330/500 = 0.66

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.66·0.34·(1/250 + 1/250)) = 0.04237

검정통계량

z = (0.6 − 0.72)/0.04237 = −2.832

답

z = −2.832

|z| > 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.8891

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 = 120/6 = 20
ȳ = 379/6 = 63.17

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 277
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1233

결정계수

r² = 277²/(70·1233) = 0.8891

답

r² = 0.8891

y의 변동 중 약 88.91%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: e = −3.15

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 = 88/5 = 17.6

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −17

회귀직선

b = −17/10 = −1.7
a = 17.6 − (−1.7)·3 = 22.7
ŷ = 22.7 − 1.7·x

예측값

ŷ = 22.7 + (−1.7)·1.5 = 20.15

잔차

e = 17 − 20.15 = −3.15

답

e = −3.15

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

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