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
10152025303540455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 55, 10, 23, 47, 37, 38, 39.

n = 7
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 100, 표준편차 20인 정규분포를 따릅니다. 76보다 작은 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 100σ = 20x = 76
P =
3.확률보통
xp(x)00.310.3520.35μ = 1.05

표의 분포에 대해 X의 표준편차 σ을(를) 구하시오.

x: 0, 1, 2p(x): 0.3, 0.35, 0.35
σ =
4.확률어려움
n = 12, p = 0.5: P(X ≤ 1) = ?k0123456789101112

부품 12개를 시험하며, 각 부품은 독립적으로 확률 0.5로 고장 납니다. 고장이 많아야 하나일 확률 P는 얼마일까요?

n = 12p = 0.5
P =
5.정규분포보통
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.2877

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.2877이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.2877
z =
6.정규분포어려움
μ = 65x = ?99%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 99%가 그 아래에 있는 값 x(99 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 65σ = 10P = 99%
x = 점
7.신뢰구간보통
μ₁ − μ₂0L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

두 휴대전화 모델의 배터리 수명을 비교한다. 모델 1: 휴대전화 60대, 평균 80 h, 알려진 표준 편차 10 h. 모델 2: 휴대전화 50대, 평균 72.5 h, 알려진 표준 편차 20 h. μ₁ − μ₂에 대한 95% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n₁ = 60x̄₁ = 80 hσ₁ = 10 hn₂ = 50x̄₂ = 72.5 hσ₂ = 20 h95%
하한 = h
8.신뢰구간어려움
p = 0.5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02590%

불량품 비율에 대해서는 사전에 알려진 것이 없다. 비율에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계가 최대 0.025이(가) 되려면 제품을 몇 개 n 검사해야 하는가?

p = 0.5E = 0.02590%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
−0.84p = ?

모집단의 평균은 120이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 5로 알려져 있다. 관측값 100개의 확률 표본의 평균은 119.58이다. H₀: μ = 120 대 H₁: μ < 120을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 120σ = 5n = 100x̄ = 119.58H₁: μ < μ₀
p =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 120명 중 24명, 치료 B를 받은 환자 300명 중 39명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 24n₁ = 120x₂ = 39n₂ = 300
z =
11.선형 회귀와 상관보통
xy121220320418514614xy2461520

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
xy264146228341038xy51010203040x = 5

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (5, 24)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(5, 24)
e =

3용액

1.기술통계

답: s = 14.94

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 = 249/7 = 35.57

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 19.43² + (−25.57)² + (−12.57)² + 11.43² + 1.429² + 2.429² + 3.429² = 1340

표준편차

s = √(1340/6) = 14.94

답

s = 14.94
2.기술통계

답: P = 0.1151

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 = −1.2

표준정규분포표

Φ(−1.2) = 0.1151
P = 0.1151

답

P = 0.1151
3.확률

답: σ = 0.8047

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 = 0·0.3 + 1·0.35 + 2·0.35 = 1.05

제곱의 평균

E(X²) = 0·0.3 + 1·0.35 + 4·0.35 = 1.75

분산

Var(X) = 1.75 − 1.05² = 0.6475
σ = √0.6475 = 0.8047

답

σ = 0.8047
4.확률

답: P = 0.003174

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) = 0.512 = 0.0002441
P(X = 1) = 12·0.5·0.511 = 0.00293

더하기

P = 0.0002441 + 0.00293 = 0.003174

답

P = 0.003174
5.정규분포

답: z = 0.56

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 − 0.2877 = 0.7123

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.7123을 찾아 z를 읽으세요.

z = 0.56

답

z = 0.56
6.정규분포

답: x = 88.26 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) = 0.99 → z = 2.326

다시 x로

x = 65 + 2.326·10 = 88.26 점

답

x = 88.26 점
7.신뢰구간

답: 하한 = 1.406 h

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.

점추정값

x̄₁ − x̄₂ = 80 − 72.5 = 7.5

표준오차

SE = √(10²/60 + 20²/50) = 3.109

오차 한계

E = 1.96·3.109 = 6.094

구간

7.5 ± 6.094 → [1.406, 13.59]

답

하한 = 1.406 h

구간이 0을 포함하지 않으므로 두 평균은 유의하게 다릅니다.

8.신뢰구간

답: n = 1083

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

n에 대해 풀기

n = 1.645²·0.5·0.5/0.025² = 1082

올림하기

n = 1083

답

n = 1083
9.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.2005

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 = 5/√100 = 0.5
z = (119.58 − 120)/0.5 = −0.84

꼬리 면적

Φ(0.84) = 0.7995
1 − Φ(0.84) = 0.2005

p값

p = 0.2005

답

p = 0.2005

p > 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각하지 않습니다.

10.가설 검정과 신뢰구간

답: z = 1.815

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 = 24/120 = 0.2
p̂₂ = 39/300 = 0.13
p̂ = 63/420 = 0.15

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.15·0.85·(1/120 + 1/300)) = 0.03857

검정통계량

z = (0.2 − 0.13)/0.03857 = 1.815

답

z = 1.815

|z| < 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

11.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9407

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 = 107/6 = 17.83

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −27.5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 48.83

상관계수

r = −27.5/√(17.5·48.83) = −0.9407

답

r = −0.9407
12.선형 회귀와 상관

답: e = 5.4

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 = 114/5 = 22.8

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 168

회귀직선

b = 168/40 = 4.2
a = 22.8 − 4.2·6 = −2.4
ŷ = −2.4 + 4.2·x

예측값

ŷ = −2.4 + 4.2·5 = 18.6

잔차

e = 24 − 18.6 = 5.4

답

e = 5.4

점이 직선 위쪽에 있습니다.

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