통계학 2: 추론 통계: 벼락치기 팩

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

새 문제강의로 돌아가기

인쇄 창에서 “PDF로 저장”을 선택하면 기기에 사본을 보관할 수 있습니다.

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
32.344P = ?

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 32.3에서 44 min 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 32σ = 6x1 = 32.3x2 = 44
P =
2.정규분포어려움
μ = 500x = ?99%

배터리 수명은(는) 평균 500 h, 표준편차 40 h인 정규분포를 따릅니다. 전체의 99%가 그 아래에 있는 값 x(99 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 500σ = 40P = 99%
x = h
3.신뢰구간보통
x̄E₁ = 10.990%, n = 50x̄E₂ = ?90%, n = 450

관측값 50개와 알려진 σ에 근거한 평균의 90% 신뢰구간의 오차 한계는 10.9이다. 같은 연구에서 관측값을 450개로 하면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

90%n₁ = 50E₁ = 10.9n₂ = 450
E₂ =
4.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(24) = 2.0640L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 17개 구획, 평균 수확량 100 kg, 표준 편차 1 kg. 구획 집단 2: 9개 구획, 평균 103.5 kg, 표준 편차 6 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 95% 신뢰구간의 하한을 구하시오.

n₁ = 17x̄₁ = 100s₁ = 1n₂ = 9x̄₂ = 103.5s₂ = 695%t(24) = 2.064
하한 = kg
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.16p = ?

모집단의 평균은 80이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 6로 알려져 있다. 관측값 36개의 확률 표본의 평균은 78.84이다. H₀: μ = 80 대 H₁: μ < 80을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 80σ = 6n = 36x̄ = 78.84H₁: μ < μ₀
p =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
−1.961.96z = ?

한 임상 시험에서 치료 A를 받은 환자 120명 중 66명, 치료 B를 받은 환자 200명 중 140명이 회복한다. 합동 비율을 써서 H₀: p₁ = p₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

x₁ = 66n₁ = 120x₂ = 140n₂ = 200
z =
7.선형 회귀와 상관보통
xy17442055237026822910032105xy202530406080100

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6Σx = 147Σy = 456Σx² = 3759Σy² = 37610Σxy = 11850
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy2584646658751078xy510607080x = 3

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (3, 56)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 5(3, 56)
e =
9.카이제곱 검정보통
버스자전거자동차합계학생14111540교직원264549120합계405664160

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

N = 1602 × 3
χ² =
10.카이제곱 검정어려움

카이제곱 적합도 검정으로 6개 범주의 도수가, 같은 자료에서 평균을 추정한 푸아송 분포를 따르는지 확인합니다. 이 검정의 자유도 df은(는) 얼마인가요?

k = 6
df =

3용액

1.정규분포

답: P = 0.4573

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 = (32.3 − 32)/6 = 0.05
z₂ = (44 − 32)/6 = 2

사이의 넓이

P = Φ(2) − Φ(0.05) = 0.9772 − 0.5199 = 0.4573

답

P = 0.4573
2.정규분포

답: x = 593.1 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) = 0.99 → z = 2.326

다시 x로

x = 500 + 2.326·40 = 593.05 h

답

x = 593.05 h
3.신뢰구간

답: E₂ = 3.633

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 = (1.645/1.645)·√(50/450) = 0.3333

새 오차 한계

E₂ = 10.9·0.3333 = 3.633

답

E₂ = 3.633
4.신뢰구간

답: 하한 = −6.528 kg

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.

합동 표준 편차

sp² = (16·1² + 8·6²)/24 = 12.67
sp = 3.559

오차 한계

E = 2.064·3.559·√(1/17 + 1/9) = 3.028

구간

−3.5 ± 3.028 → [−6.528, −0.4718]

답

하한 = −6.528 kg
5.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.123

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 = 6/√36 = 1
z = (78.84 − 80)/1 = −1.16

꼬리 면적

Φ(1.16) = 0.8770
1 − Φ(1.16) = 0.1230

p값

p = 0.123

답

p = 0.123

p > 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각하지 않습니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −2.713

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 = 66/120 = 0.55
p̂₂ = 140/200 = 0.7
p̂ = 206/320 = 0.6438

H₀에서의 표준 오차

SE = √(0.6438·0.3562·(1/120 + 1/200)) = 0.0553

검정통계량

z = (0.55 − 0.7)/0.0553 = −2.713

답

z = −2.713

|z| > 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

7.선형 회귀와 상관

답: r = 0.994

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 = 11850 − 147·456/6 = 678
Sxx = 3759 − 147²/6 = 157.5
Syy = 37610 − 456²/6 = 2954

상관계수

r = 678/√(157.5·2954) = 0.994

답

r = 0.994
8.선형 회귀와 상관

답: e = −4.35

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 = 340/5 = 68

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 102

회귀직선

b = 102/40 = 2.55
a = 68 − 2.55·6 = 52.7
ŷ = 52.7 + 2.55·x

예측값

ŷ = 52.7 + 2.55·3 = 60.35

잔차

e = 56 − 60.35 = −4.35

답

e = −4.35

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

9.카이제곱 검정

답: χ² = 3.074

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

학생: 40·40/160 = 10, 40·56/160 = 14, 40·64/160 = 16
교직원: 120·40/160 = 30, 120·56/160 = 42, 120·64/160 = 48

카이제곱 통계량

χ² = (14 − 10)²/10 + (11 − 14)²/14 + (15 − 16)²/16 + (26 − 30)²/30 + (45 − 42)²/42 + (49 − 48)²/48
χ² = 3.074

답

χ² = 3.074

df = 2. α = 0.05에서 임곗값은 5.991이므로 H₀(독립)은 기각되지 않습니다.

10.카이제곱 검정

답: df = 4

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 = 6 − 1 − 1 = 4

답

df = 4

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-2-inference