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
20253035404550

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 19, 22, 20, 41, 54.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 100, 표준편차 20인 정규분포를 따릅니다. 125보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 100σ = 20x = 125
P =
3.확률보통
xp(x)10.3520.3530.140.2μ = 2.15

표의 분포에 대해 X의 분산 Var(X)을(를) 구하시오.

x: 1, 2, 3, 4p(x): 0.35, 0.35, 0.1, 0.2
Var(X) =
4.확률어려움
n = 6, p = 0.5: P(X = 5) = ?k0123456

어떤 시험에 객관식 문제가 6개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.5로 맞힙니다. 정확히 5개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?

n = 6p = 0.5k = 5
P =
5.정규분포보통
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.1736

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.1736이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.1736
z =
6.정규분포어려움
μ = 65x = ?20%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 20%가 그 아래에 있는 값 x(20 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 65σ = 10P = 20%
x = 점
7.신뢰구간보통
n = 7, sd​ = 5.20LU = ?d̄ = −6.9E95%

환자 7명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 −6.9, 표준 편차는 5.2이다. 평균 차이에 대한 95% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n = 7d̄ = −6.9sd = 5.295%t(6) = 2.447
상한 = mmHg
8.신뢰구간어려움
σ = 19, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 2.590%

모표준편차는 19입니다. 평균에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계가 2.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 19E = 2.590%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
1.58p = ?

모집단의 평균은 250이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 7.5로 알려져 있다. 관측값 25개의 확률 표본의 평균은 252.37이다. H₀: μ = 250 대 H₁: μ > 250을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 250σ = 7.5n = 25x̄ = 252.37H₁: μ > μ₀
p =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
σ = 4, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 195%

평균에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계가 1 이하가 되려면 표본이 얼마나 커야 할까요? 표준편차는 4입니다. 최소 표본 크기 n를 구하세요.

σ = 4E = 195%
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy12522031841451368xy2461020

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy149253361464566xy245060x = 2.5

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (2.5, 51)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(2.5, 51)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 15.61

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 = 156/5 = 31.2

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−12.2)² + (−9.2)² + (−11.2)² + 9.8² + 22.8² = 974.8

표준편차

s = √(974.8/4) = 15.61

답

s = 15.61
2.기술통계

답: P = 0.1056

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 = 1.25

표준정규분포표

Φ(1.25) = 0.8944
P = 1 − 0.8944 = 0.1056

답

P = 0.1056
3.확률

답: Var(X) = 1.228

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.

평균

μ = 1·0.35 + 2·0.35 + 3·0.1 + 4·0.2 = 2.15

제곱의 평균

E(X²) = 1·0.35 + 4·0.35 + 9·0.1 + 16·0.2 = 5.85

분산

Var(X) = 5.85 − 2.15² = 1.228

답

Var(X) = 1.228
4.확률

답: P = 0.09375

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.

이항분포 공식

P(X = 5) = 6·0.55·0.51 = 6·0.03125·0.5 = 0.09375

답

P = 0.09375
5.정규분포

답: z = 0.94

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 − 0.1736 = 0.8264

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.8264을 찾아 z를 읽으세요.

z = 0.94

답

z = 0.94
6.정규분포

답: x = 56.58 점

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) = 0.2 → z = −0.8416

다시 x로

x = 65 + −0.8416·10 = 56.58 점

답

x = 56.58 점
7.신뢰구간

답: 상한 = −2.091 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 = 2.447

오차 한계

E = 2.447·5.2/√7 = 4.809

구간

−6.9 ± 4.809 → [−11.71, −2.091]

답

상한 = −2.091 mmHg
8.신뢰구간

답: n = 157

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 = (1.645·19/2.5)² = 156.3

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 157

답

n = 157
9.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.05705

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.

검정통계량

SE = σ/√n = 7.5/√25 = 1.5
z = (252.37 − 250)/1.5 = 1.58

꼬리 면적

Φ(1.58) = 0.9429
1 − Φ(1.58) = 0.0571

p값

p = 0.05705

답

p = 0.05705

p > 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 62

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.

n에 대해 풀기

n = (1.96·4/1)² = 61.47

올림하기

n = 62

답

n = 62
11.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9873

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 = 98/6 = 16.33

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −55
Syy = Σ(y − ȳ)² = 177.3

상관계수

r = −55/√(17.5·177.3) = −0.9873

답

r = −0.9873
12.선형 회귀와 상관

답: e = −5.35

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 = 293/5 = 58.6

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 45

회귀직선

b = 45/10 = 4.5
a = 58.6 − 4.5·3 = 45.1
ŷ = 45.1 + 4.5·x

예측값

ŷ = 45.1 + 4.5·2.5 = 56.35

잔차

e = 51 − 56.35 = −5.35

답

e = −5.35

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

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