통계학 2: 추론 통계: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 10개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

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

카이제곱 검정

검정통계량
χ² = Σ(O − E)²/E
적합도 검정
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
독립성 검정
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
임곗값(α = 0.05)
df 1: 3.841, 2: 5.991, 3: 7.815, 4: 9.488
의사 결정
χ² > χ²crit이면 H0을 기각

2연습 문제

1.정규분포보통
60.570.5P = ?

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 60.5에서 70.5 점 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 65σ = 10x1 = 60.5x2 = 70.5
P =
2.정규분포어려움
μ = 65x = ?80%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 80%가 그 아래에 있는 값 x(80 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 65σ = 10P = 80%
x = 점
3.신뢰구간보통
x̄E₁ = 1090%, n = 25x̄E₂ = ?99%, n = 100

관측값 25개와 알려진 σ에 근거한 평균의 90% 신뢰구간의 오차 한계는 10이다. 관측값 100개에 근거한 99% 구간의 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

90%n₁ = 25E₁ = 1099%n₂ = 100
E₂ =
4.신뢰구간어려움
σ = 30, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 1.595%

모표준편차는 30입니다. 평균에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계가 1.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 30E = 1.595%
n =
5.가설 검정과 신뢰구간보통
1.9p = ?

모집단의 평균은 50이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 20로 알려져 있다. 관측값 100개의 확률 표본의 평균은 53.8이다. H₀: μ = 50 대 H₁: μ > 50을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 50σ = 20n = 100x̄ = 53.8H₁: μ > μ₀
p =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 3α = 0.01βσ = 8, 검정력 90%, n = ?

α = 0.01의 단측 z 검정이 평균의 3단위 이동을 검정력 90%로 검출해야 한다. 표준 편차는 8이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.01검정력 = 90%δ = 3σ = 8zα = 2.326zβ = 1.282
n =
7.선형 회귀와 상관보통
xy126221321419512xy24152025

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5Σx = 15Σy = 99Σx² = 55Σy² = 2063Σxy = 267
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy131229339434537640xy246303540x = 5.5

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 5.5일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 6x = 5.5
ŷ =
9.카이제곱 검정보통
예아니요합계남성182240여성3862100합계5684140

분할표는 관측 도수를 보여 줍니다. 행 변수와 열 변수 사이의 독립성 검정을 위한 카이제곱 통계량 χ²을(를) 계산하세요. 연속성 수정은 쓰지 마세요.

N = 1402 × 2
χ² =
10.카이제곱 검정어려움

행 3개, 열 5개(합계 제외)인 분할표로 카이제곱 독립성 검정을 합니다. 이 검정의 자유도 df은(는) 얼마인가요?

3 × 5
df =

3용액

1.정규분포

답: P = 0.3825

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 = (60.5 − 65)/10 = −0.45
z₂ = (70.5 − 65)/10 = 0.55

사이의 넓이

P = Φ(0.55) − Φ(−0.45) = 0.7088 − 0.3264 = 0.3825

답

P = 0.3825
2.정규분포

답: x = 73.42 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) = 0.8 → z = 0.8416

다시 x로

x = 65 + 0.8416·10 = 73.42 점

답

x = 73.42 점
3.신뢰구간

답: E₂ = 7.83

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 = (2.576/1.645)·√(25/100) = 0.783

새 오차 한계

E₂ = 10·0.783 = 7.83

답

E₂ = 7.83
4.신뢰구간

답: n = 1537

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 = (1.96·30/1.5)² = 1537

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 1537

답

n = 1537
5.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.02872

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 = 20/√100 = 2
z = (53.8 − 50)/2 = 1.9

꼬리 면적

Φ(1.9) = 0.9713
1 − Φ(1.9) = 0.0287

p값

p = 0.02872

답

p = 0.02872

p ≤ 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 93

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 = ((2.326 + 1.282)·8/3)² = 92.57

올림하기

n = 93

답

n = 93
7.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9357

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 = 267 − 15·99/5 = −30
Sxx = 55 − 15²/5 = 10
Syy = 2063 − 99²/5 = 102.8

상관계수

r = −30/√(10·102.8) = −0.9357

답

r = −0.9357
8.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 38.66

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 = 210/6 = 35

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 = 35 − 1.829·3.5 = 28.6
ŷ = 28.6 + 1.829·x

예측

ŷ = 28.6 + 1.829·5.5 = 38.66

답

ŷ = 38.66
9.카이제곱 검정

답: χ² = 0.5833

카이제곱 검정: 관측 도수 O를 H₀에서의 기대 도수 E와 χ² = Σ(O − E)²/E로 비교합니다. 적합도 검정: 각 범주에 E = n·p, df = k − 1(자료에서 추정한 모수마다 1씩 더 뺌). r × c 표의 독립성 검정: E = 행 합계 × 열 합계 / 총합계, df = (r − 1)(c − 1). χ²이 선택한 α의 임곗값을 넘으면 H₀을 기각합니다.

기대 도수

남성: 40·56/140 = 16, 40·84/140 = 24
여성: 100·56/140 = 40, 100·84/140 = 60

카이제곱 통계량

χ² = (18 − 16)²/16 + (22 − 24)²/24 + (38 − 40)²/40 + (62 − 60)²/60
χ² = 0.5833

답

χ² = 0.5833

df = 1. α = 0.05에서 임곗값은 3.841이므로 H₀(독립)은 기각되지 않습니다.

10.카이제곱 검정

답: df = 8

카이제곱 검정: 관측 도수 O를 H₀에서의 기대 도수 E와 χ² = Σ(O − E)²/E로 비교합니다. 적합도 검정: 각 범주에 E = n·p, df = k − 1(자료에서 추정한 모수마다 1씩 더 뺌). r × c 표의 독립성 검정: E = 행 합계 × 열 합계 / 총합계, df = (r − 1)(c − 1). χ²이 선택한 α의 임곗값을 넘으면 H₀을 기각합니다.

자유도

df = (3 − 1)·(5 − 1) = 8

답

df = 8

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