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
3035404550

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 31, 46, 51, 36, 30.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 100, 표준편차 5인 정규분포를 따릅니다. 90보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 100σ = 5x = 90
P =
3.확률보통
P(적어도 한 번 6) = ??1?2?3?4?5매 던지기에서 P(6) = 1/6

공정한 주사위를 5번 던집니다. 6이 적어도 한 번 나올 확률 P는 얼마일까요?

n = 5
P =
4.확률어려움
xp(x)10.320.3530.140.0550.2μ

X의 분포가 표와 같고 Y = 0.5X + 1입니다. Y의 표준편차 σY을(를) 구하시오.

x: 1, 2, 3, 4, 5p(x): 0.3, 0.35, 0.1, 0.05, 0.2Y = 0.5X + 1
σY =
5.정규분포보통
30.536.8P = ?

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 30.5에서 36.8 min 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 32σ = 6x1 = 30.5x2 = 36.8
P =
6.정규분포어려움
μ = 178x = ?90%

성인 남성의 키은(는) 평균 178 cm, 표준편차 7 cm인 정규분포를 따릅니다. 전체의 90%가 그 아래에 있는 값 x(90 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 178σ = 7P = 90%
x = cm
7.신뢰구간보통
n = 10, sd​ = 6.40LU = ?d̄ = −1.2E95%

환자 10명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 −1.2, 표준 편차는 6.4이다. 평균 차이에 대한 95% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n = 10d̄ = −1.2sd = 6.495%t(9) = 2.262
상한 = mmHg
8.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(29) = 2.7560L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 9개 구획, 평균 수확량 56.5 kg, 표준 편차 3 kg. 구획 집단 2: 22개 구획, 평균 47 kg, 표준 편차 6.5 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n₁ = 9x̄₁ = 56.5s₁ = 3n₂ = 22x̄₂ = 47s₂ = 6.599%t(29) = 2.756
하한 = kg
9.가설 검정과 신뢰구간보통
t −2.01102.011

학생 49명 표본의 평균 점수는 498.7, 표본 표준편차는 5입니다. H₀: μ = 500에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 500x̄ = 498.7s = 5n = 49
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −1.9601.96

측정값 16개의 표본 평균은 55입니다. 모표준편차는 20입니다. 평균에 대한 95% 신뢰구간의 하한 L를 구하세요.

x̄ = 55σ = 20n = 1695%
L =
11.선형 회귀와 상관보통
xy128227338437546xy243040

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy129224324422520619xy246202530x = 1.5

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 1.5일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 6x = 1.5
ŷ =

3용액

1.기술통계

답: s = 9.311

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 = 194/5 = 38.8

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−7.8)² + 7.2² + 12.2² + (−2.8)² + (−8.8)² = 346.8

표준편차

s = √(346.8/4) = 9.311

답

s = 9.311
2.기술통계

답: P = 0.02275

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 = −2

표준정규분포표

Φ(−2) = 0.02275
P = 0.02275

답

P = 0.02275
3.확률

답: P = 0.5981

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)5 = 0.4019
P = 1 − 0.4019 = 0.5981

답

P = 0.5981
4.확률

답: σY = 0.7331

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 = 2.5, Var(X) = 2.15, σX = 1.466

일차 변환

σY = |0.5|·1.466 = 0.7331

답

σY = 0.7331

평균은 실제로 이동합니다: E(Y) = 0.5·2.5 + 1 = 2.25.

5.정규분포

답: P = 0.3869

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 = (30.5 − 32)/6 = −0.25
z₂ = (36.8 − 32)/6 = 0.8

사이의 넓이

P = Φ(0.8) − Φ(−0.25) = 0.7881 − 0.4013 = 0.3869

답

P = 0.3869
6.정규분포

답: x = 187 cm

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) = 0.9 → z = 1.282

다시 x로

x = 178 + 1.282·7 = 186.97 cm

답

x = 186.97 cm
7.신뢰구간

답: 상한 = 3.378 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 = 9, t = 2.262

오차 한계

E = 2.262·6.4/√10 = 4.578

구간

−1.2 ± 4.578 → [−5.778, 3.378]

답

상한 = 3.378 mmHg
8.신뢰구간

답: 하한 = 3.228 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 = (8·3² + 21·6.5²)/29 = 33.08
sp = 5.751

오차 한계

E = 2.756·5.751·√(1/9 + 1/22) = 6.272

구간

9.5 ± 6.272 → [3.228, 15.77]

답

하한 = 3.228 kg
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −1.82

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 = 5/√49 = 5/7 = 0.7143

검정통계량

t = (498.7 − 500)/0.7143 = −1.82

답

t = −1.82
t0.025; df = 48 = 2.011

|t| < 2.011이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: L = 45.2

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.

오차 한계

E = 1.96·20/√16 = 9.8

구간 끝값

L = 55 − 9.8 = 45.2

답

L = 45.2
11.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9259

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 = 176/5 = 35.2

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 46
Syy = Σ(y − ȳ)² = 246.8

상관계수

r = 46/√(10·246.8) = 0.9259

답

r = 0.9259
12.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 26.66

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 = 138/6 = 23

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −32

회귀직선

b = −32/17.5 = −1.829
a = 23 − (−1.829)·3.5 = 29.4
ŷ = 29.4 − 1.829·x

예측

ŷ = 29.4 + (−1.829)·1.5 = 26.66

답

ŷ = 26.66

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