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
40455055

자료의 표본 표준편차 s를 구하세요: 59, 43, 43, 48, 42, 36.

n = 6
s =
2.기술통계어려움
z −2−1012

어떤 양은 평균 170, 표준편차 20인 정규분포를 따릅니다. 150보다 큰 값의 비율 P는 얼마일까요?

μ = 170σ = 20x = 150
P =
3.확률보통
빨강: 5파랑: 9

주머니에 빨간 공 5개와 파란 공 9개가 있습니다. 첫 공을 다시 넣지 않고 두 개를 꺼냅니다. 두 공이 모두 빨간 공일 확률 P는 얼마일까요?

5 / 9
P =
4.확률어려움
n = 12, p = 0.7: P(X = 4) = ?k0123456789101112

어떤 시험에 객관식 문제가 12개 있습니다. 찍어서 푸는 학생은 각 문제를 독립적으로 확률 0.7로 맞힙니다. 정확히 4개를 맞힐 확률 P는 얼마일까요?

n = 12p = 0.7k = 4
P =
5.정규분포보통
750 g735.2 gX + Y?

X는 평균 250 g, 표준편차 4 g인 정규분포를 따르고, Y는 독립이며 평균 500 g, 표준편차 9 g인 정규분포를 따릅니다. X + Y가 735.2 g보다 클 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μX = 250, σX = 4μY = 500, σY = 9X + Y > 735.2 g
P =
6.정규분포어려움
557085100115130145점아래 60%

IQ 점수은(는) 평균 100 점, 표준편차 15 점인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 하위 60%가 왼쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 100 점σ = 15 점60%
x = 점
7.신뢰구간보통
μ₁ − μ₂0LUx̄₁ − x̄₂E = ?90%

두 휴대전화 모델의 배터리 수명을 비교한다. 모델 1: 휴대전화 100대, 평균 128.5 h, 알려진 표준 편차 20 h. 모델 2: 휴대전화 60대, 평균 131.5 h, 알려진 표준 편차 9 h. μ₁ − μ₂에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n₁ = 100x̄₁ = 128.5 hσ₁ = 20 hn₂ = 60x̄₂ = 131.5 hσ₂ = 9 h90%
E = h
8.신뢰구간어려움
p = 0.5, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.0299%

불량품 비율에 대해서는 사전에 알려진 것이 없다. 비율에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 최대 0.02이(가) 되려면 제품을 몇 개 n 검사해야 하는가?

p = 0.5E = 0.0299%
n =
9.가설 검정과 신뢰구간보통
t −2.01102.011

학생 49명 표본의 평균 점수는 73, 표본 표준편차는 10입니다. H₀: μ = 75에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 75x̄ = 73s = 10n = 49
t =
10.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 2.5α = 0.05βσ = 15, 검정력 95%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 2.5단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 15이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 95%δ = 2.5σ = 15zα = 1.645zβ = 1.645
n =
11.선형 회귀와 상관보통
xy15471758197521772384xy15206080

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

n = 5Σx = 95Σy = 341Σx² = 1845Σy² = 24183Σxy = 6665
r =
12.선형 회귀와 상관어려움
xy1772209923110261282915132154xy202530100150x = 27.5

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 27.5일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 6x = 27.5
ŷ =

3용액

1.기술통계

답: s = 7.782

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 = 271/6 = 45.17

편차의 제곱

Σ(x − x̄)² = 13.83² + (−2.167)² + (−2.167)² + 2.833² + (−3.167)² + (−9.167)² = 302.8

표준편차

s = √(302.8/5) = 7.782

답

s = 7.782
2.기술통계

답: P = 0.8413

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

표준정규분포표

Φ(−1) = 0.1587
P = 1 − 0.1587 = 0.8413

답

P = 0.8413
3.확률

답: P = 0.1099

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 = 5/14 · 4/13 = 20/182 = 0.1099

답

P = 0.1099
4.확률

답: P = 0.007798

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 = 4) = 495·0.74·0.38 = 495·0.2401·6.561 × 10⁻⁵ = 0.007798

답

P = 0.007798
5.정규분포

답: P = 0.9332

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 = 750 g, σ = √(4² + 9²) = 9.849 g

표준화하기

z = (735.2 − 750)/9.849 = −1.5

위쪽 꼬리

P = 1 − Φ(−1.5) = 1 − 0.06681 = 0.9332

답

P = 0.9332
6.정규분포

답: x = 103.8 점

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) = 0.6

표에서 구한 z

z ≈ 0.25

원래 단위로 되돌리기

x = 100 + 0.25·15 = 103.8 점

답

x = 103.8 점
7.신뢰구간

답: E = 3.805 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 = 128.5 − 131.5 = −3

표준오차

SE = √(20²/100 + 9²/60) = 2.313

오차 한계

E = 1.645·2.313 = 3.805

답

E = 3.805 h

구간이 0을 포함하므로 자료는 유의한 차이를 보여 주지 않습니다.

8.신뢰구간

답: n = 4148

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 = 2.576²·0.5·0.5/0.02² = 4147

올림하기

n = 4148

답

n = 4148
9.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −1.4

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 = 10/√49 = 10/7 = 1.429

검정통계량

t = (73 − 75)/1.429 = −1.4

답

t = −1.4
t0.025; df = 48 = 2.011

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

10.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 390

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)·15/2.5)² = 389.7

올림하기

n = 390

답

n = 390
11.선형 회귀와 상관

답: r = 0.966

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 = 6665 − 95·341/5 = 186
Sxx = 1845 − 95²/5 = 40
Syy = 24183 − 341²/5 = 926.8

상관계수

r = 186/√(40·926.8) = 0.966

답

r = 0.966
12.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 135.7

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 = 147/6 = 24.5
ȳ = 714/6 = 119

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 876

회귀직선

b = 876/157.5 = 5.562
a = 119 − 5.562·24.5 = −17.27
ŷ = −17.27 + 5.562·x

예측

ŷ = −17.27 + 5.562·27.5 = 135.7

답

ŷ = 135.7

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