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
1520253035404550

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 12, 13, 23, 19, 15, 52, 30.

n = 7
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

시험 점수는 평균 70, 표준편차 10인 정규분포를 따릅니다. 90점의 z점수 z를 구하세요.

μ = 70σ = 10x = 90
z =
3.확률보통
빨강: 5파랑: 5

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

5 / 5
P =
4.확률어려움
n = 12, p = 0.7: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

부품 12개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.7로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 12p = 0.7
P =
5.정규분포보통
−3−2−10123z−z와 z 사이의 색칠한 넓이 = 0.8715

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.8715이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.8715
z =
6.정규분포어려움
μ = 500x = ?5%

배터리 수명은(는) 평균 500 h, 표준편차 40 h인 정규분포를 따릅니다. 전체의 5%가 그 아래에 있는 값 x(5 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 500σ = 40P = 5%
x = h
7.신뢰구간보통
n = 30, s = 3.5LU = ?x̄ = 87E99%

항목 30개의 표본 평균은 87, 표준편차는 s = 3.5입니다. 모집단은 대략 정규분포를 따릅니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 상한을 구하세요.

n = 30x̄ = 87s = 3.599%t(29) = 2.756
상한 =
8.신뢰구간어려움
n = 16σ = ?Us = 295%

기계 가공한 축 16개의 지름의 표본 표준 편차는 2 µm이다. 지름이 정규 분포를 따른다고 가정하고, 모집단 표준 편차에 대한 95% 신뢰구간의 하한 σ을(를) 구하시오. df = 15에서 χ² 분포의 2.5%는 6.262 아래에, 2.5%는 27.488 위에 있다.

n = 16s = 2 µmχ² = 6.262, 27.488
σ = µm
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.78p = ?

모집단의 평균은 100이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 40로 알려져 있다. 관측값 100개의 확률 표본의 평균은 92.88이다. H₀: μ = 100 대 H₁: μ < 100을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 100σ = 40n = 100x̄ = 92.88H₁: μ < μ₀
p =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2.5α = 0.05βσ = 8, 검정력 95%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 2.5단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 8이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 95%δ = 2.5σ = 8zα = 1.645zβ = 1.645
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy130225326422522xy242530

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 5
r² =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy2414486528631069xy51040506070ŷ = 44

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 44을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 5ŷ = 44
x =

3용액

1.기술통계

답: s = 14.08

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 = 164/7 = 23.43

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = (−11.43)² + (−10.43)² + (−0.4286)² + (−4.429)² + (−8.429)² + 28.57² + 6.571² = 1190

표준편차

s = √(1190/6) = 14.08

답

s = 14.08
2.기술통계

답: z = 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 = (90 − 70)/10 = 2

답

z = 2
3.확률

답: P = 0.2222

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 = 5/10 · 4/9 = 20/90 = 0.2222

답

P = 0.2222
4.확률

답: P = 1.541 × 10⁻⁵

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) = 0.312 = 5.314 × 10⁻⁷
P(X = 1) = 12·0.7·0.311 = 1.488 × 10⁻⁵

더하기

P = 5.314 × 10⁻⁷ + 1.488 × 10⁻⁵ = 1.541 × 10⁻⁵

답

P = 1.541 × 10⁻⁵
5.정규분포

답: z = 1.52

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 + 0.8715)/2 = 0.9357

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9357을 찾아 z를 읽으세요.

z = 1.52

답

z = 1.52
6.정규분포

답: x = 434.2 h

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) = 0.05 → z = −1.645

다시 x로

x = 500 + −1.645·40 = 434.2 h

답

x = 434.2 h
7.신뢰구간

답: 상한 = 88.76

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 = 29, t = 2.756

오차 한계

E = 2.756·3.5/√30 = 1.761

구간

87 ± 1.761 → [85.24, 88.76]

답

상한 = 88.76
8.신뢰구간

답: σ = 1.477 µm

분산의 구간: (n − 1)s²/σ²은 자유도 n − 1의 χ² 분포를 따릅니다. σ²의 95% 구간은 (n − 1)s²를 위쪽 χ² 값(그 위에 2.5%)으로 나눈 값에서 아래쪽 χ² 값(그 아래에 2.5%)으로 나눈 값까지이며, σ의 구간은 두 한계의 제곱근입니다. 이 구간은 s를 중심으로 대칭이 아닙니다.

제곱합

(n − 1)s² = 15·2² = 60

σ²의 한계

60/27.488 = 2.183
60/6.262 = 9.582

σ의 한계

σ = √2.183 = 1.477 µm

답

σ = 1.477 µm

σ의 95% 구간: [1.477, 3.095] µm.

9.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.03754

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 = 40/√100 = 4
z = (92.88 − 100)/4 = −1.78

꼬리 면적

Φ(1.78) = 0.9625
1 − Φ(1.78) = 0.0375

p값

p = 0.03754

답

p = 0.03754

p ≤ 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각합니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 111

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)·8/2.5)² = 110.8

올림하기

n = 111

답

n = 111
11.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.8205

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 = 125/5 = 25

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −19
Syy = Σ(y − ȳ)² = 44

결정계수

r² = −19²/(10·44) = 0.8205

답

r² = 0.8205

y의 변동 중 약 82.05%가 직선으로 설명됩니다.

12.선형 회귀와 상관

답: x = 3.014

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 = 30/5 = 6
ȳ = 273/5 = 54.6

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 142

회귀직선

b = 142/40 = 3.55
a = 54.6 − 3.55·6 = 33.3
ŷ = 33.3 + 3.55·x

x 구하기

x = (44 − 33.3)/3.55 = 3.014

답

x = 3.014

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