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
1214161820222426283032

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 32, 12, 27, 12, 32.

n = 5
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 60, 표준편차 10인 정규분포를 따릅니다. 52보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 60σ = 10x = 52
P =
3.확률보통
n = 9k = 2N = ?

9명 중에서 2명으로 된 위원회를 뽑는 방법 N은 몇 가지일까요? 순서는 상관없습니다.

n = 9k = 2
N =
4.확률어려움
n = 9, p = 0.2: P(X = 1) = ?k0123456789

어떤 시험에 객관식 문제가 9개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.2로 맞힙니다. 정확히 1개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?

n = 9p = 0.2k = 1
P =
5.정규분포보통
200 mm200.5 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 200.5 mm보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μX = 120, σX = 0.3μY = 80, σY = 0.4X + Y > 200.5 mm
P =
6.정규분포어려움
235240245250255260265g위 5%

봉지 무게은(는) 평균 250 g, 표준편차 5 g인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 상위 5%가 오른쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 250 gσ = 5 g5%
x = g
7.신뢰구간보통
x̄E₁ = 1.699%, n = 50x̄E₂ = ?99%, n = 100

관측값 50개와 알려진 σ에 근거한 평균의 99% 신뢰구간의 오차 한계는 1.6이다. 같은 연구에서 관측값을 100개로 하면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

99%n₁ = 50E₁ = 1.6n₂ = 100
E₂ =
8.신뢰구간어려움
σ = 6, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1.599%

모표준편차는 6입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 1.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 6E = 1.599%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
1.74p = ?

모집단의 평균은 120이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 15로 알려져 있다. 관측값 36개의 확률 표본의 평균은 124.35이다. H₀: μ = 120 대 H₁: μ > 120을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 120σ = 15n = 36x̄ = 124.35H₁: μ > μ₀
p =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0.05βσ = 19, 검정력 95%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 5단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 19이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 95%δ = 5σ = 19zα = 1.645zβ = 1.645
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy1876208522982411326130xy202580100120

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5Σx = 110Σy = 502Σx² = 2460Σy² = 52274Σxy = 11316
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy146250360461566680xy2466080ŷ = 67

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 67을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 6ŷ = 67
x =

3용액

1.기술통계

답: s = 10.25

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 = 115/5 = 23

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 9² + (−11)² + 4² + (−11)² + 9² = 420

표준편차

s = √(420/4) = 10.25

답

s = 10.25
2.기술통계

답: P = 0.2119

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 = −0.8

표준정규분포표

Φ(−0.8) = 0.2119
P = 0.2119

답

P = 0.2119
3.확률

답: N = 36

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.

조합

C(9, 2) = (9·8)/(2·1) = 36

답

N = 36
4.확률

답: P = 0.302

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 = 1) = 9·0.21·0.88 = 9·0.2·0.1678 = 0.302

답

P = 0.302
5.정규분포

답: P = 0.1587

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 = (200.5 − 200)/0.5 = 1

위쪽 꼬리

P = 1 − Φ(1) = 1 − 0.8413 = 0.1587

답

P = 0.1587
6.정규분포

답: x = 258.2 g

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) = 0.95

표에서 구한 z

z ≈ 1.64

원래 단위로 되돌리기

x = 250 + 1.64·5 = 258.2 g

답

x = 258.2 g
7.신뢰구간

답: E₂ = 1.131

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 = (2.576/2.576)·√(50/100) = 0.7071

새 오차 한계

E₂ = 1.6·0.7071 = 1.131

답

E₂ = 1.131
8.신뢰구간

답: n = 107

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 = (2.576·6/1.5)² = 106.2

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 107

답

n = 107
9.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.04093

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 = 15/√36 = 2.5
z = (124.35 − 120)/2.5 = 1.74

꼬리 면적

Φ(1.74) = 0.9591
1 − Φ(1.74) = 0.0409

p값

p = 0.04093

답

p = 0.04093

p ≤ 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 157

검정의 표본 크기: 수준 α의 단측 z 검정에서 참 이동 δ를 검정력 1 − β로 검출하려면 표준 오차가 δ = (z_α + z_β)·σ/√n을 만족해야 하므로 n = ((z_α + z_β)·σ/δ)²이고, 올림합니다.

n에 대해 풀기

n = ((1.645 + 1.645)·19/5)² = 156.3

올림하기

n = 157

답

n = 157
11.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9937

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 = 11316 − 110·502/5 = 272
Sxx = 2460 − 110²/5 = 40
Syy = 52274 − 502²/5 = 1873

상관계수

r = 272/√(40·1873) = 0.9937

답

r = 0.9937
12.선형 회귀와 상관

답: x = 4.539

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 = 363/6 = 60.5

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 109.5

회귀직선

b = 109.5/17.5 = 6.257
a = 60.5 − 6.257·3.5 = 38.6
ŷ = 38.6 + 6.257·x

x 구하기

x = (67 − 38.6)/6.257 = 4.539

답

x = 4.539

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