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
167.15190.95P = ?

성인 남성의 키은(는) 평균 178 cm, 표준편차 7 cm인 정규분포를 따릅니다. 167.15에서 190.95 cm 사이에 있는 비율은 얼마일까요? P을(를) 소수로 답하세요.

μ = 178σ = 7x1 = 167.15x2 = 190.95
P =
2.정규분포어려움
μ = 178x = ?20%

성인 남성의 키은(는) 평균 178 cm, 표준편차 7 cm인 정규분포를 따릅니다. 전체의 20%가 그 아래에 있는 값 x(20 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 178σ = 7P = 20%
x = cm
3.신뢰구간보통
x̄E₁ = 10.795%, n = 50x̄E₂ = ?99%, n = 100

관측값 50개와 알려진 σ에 근거한 평균의 95% 신뢰구간의 오차 한계는 10.7이다. 관측값 100개에 근거한 99% 구간의 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

95%n₁ = 50E₁ = 10.799%n₂ = 100
E₂ =
4.신뢰구간어려움
p ≈ 0.15, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02590%

예비 연구에 따르면 제품의 약 0.15이(가) 불량이다. 비율에 대한 90% 신뢰구간의 오차 한계가 최대 0.025이(가) 되려면 제품을 몇 개 n 검사해야 하는가?

p ≈ 0.15E = 0.02590%
n =
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.961.96z = ?

두 생산 라인이 같은 부품을 만든다. 라인 1: 부품 80개 표본의 평균 길이는 95.5 mm이고, 라인의 알려진 표준 편차는 6 mm이다. 라인 2: 부품 40개 표본의 평균은 101.1 mm, 알려진 표준 편차는 11 mm이다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(라인 1 빼기 라인 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

n₁ = 80x̄₁ = 95.5 mmσ₁ = 6 mmn₂ = 40x̄₂ = 101.1 mmσ₂ = 11 mm
z =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −2.57602.576

측정값 100개의 표본 평균은 200.9입니다. 모표준편차는 4입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 하한 L를 구하세요.

x̄ = 200.9σ = 4n = 10099%
L =
7.선형 회귀와 상관보통
xy127228324424521618xy2462025

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy1669188220972210324114xy2080100ŷ = 99

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 99을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 5ŷ = 99
x =
9.카이제곱 검정보통
낮음중간높음합계도시255243120농촌194734100합계449977220

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

N = 2202 × 3
χ² =
10.카이제곱 검정어려움
예아니요합계1라인3149802라인2040603라인156580합계66154220dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

표는 관측 도수를 보여 줍니다. α = 0.01에서 두 변수가 독립인지 검정하세요(연속성 수정 없음). 검정 통계량 χ²을(를) 계산한 다음 표의 임곗값과 비교하세요.

N = 2203 × 2α = 0.01
χ² =

3용액

1.정규분포

답: P = 0.9073

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 = (167.15 − 178)/7 = −1.55
z₂ = (190.95 − 178)/7 = 1.85

사이의 넓이

P = Φ(1.85) − Φ(−1.55) = 0.9678 − 0.06057 = 0.9073

답

P = 0.9073
2.정규분포

답: x = 172.1 cm

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) = 0.2 → z = −0.8416

다시 x로

x = 178 + −0.8416·7 = 172.11 cm

답

x = 172.11 cm
3.신뢰구간

답: E₂ = 9.944

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 = (2.576/1.96)·√(50/100) = 0.9293

새 오차 한계

E₂ = 10.7·0.9293 = 9.944

답

E₂ = 9.944
4.신뢰구간

답: n = 553

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 = 1.645²·0.15·0.85/0.025² = 552

올림하기

n = 553

답

n = 553
5.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −3.004

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.

차의 표준 오차

SE = √(6²/80 + 11²/40) = √3.475 = 1.864

검정통계량

z = (95.5 − 101.1)/1.864 = −3.004

답

z = −3.004

|z| > 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: L = 199.9

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.

오차 한계

E = 2.576·4/√100 = 1.03

구간 끝값

L = 200.9 − 1.03 = 199.9

답

L = 199.9
7.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9474

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 = 142/6 = 23.67

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −33
Syy = Σ(y − ȳ)² = 69.33

상관계수

r = −33/√(17.5·69.33) = −0.9474

답

r = −0.9474
8.선형 회귀와 상관

답: x = 21.08

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 = 100/5 = 20
ȳ = 465/5 = 93

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 222

회귀직선

b = 222/40 = 5.55
a = 93 − 5.55·20 = −18
ŷ = −18 + 5.55·x

x 구하기

x = (99 − (−18))/5.55 = 21.08

답

x = 21.08
9.카이제곱 검정

답: χ² = 0.307

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

도시: 120·44/220 = 24, 120·99/220 = 54, 120·77/220 = 42
농촌: 100·44/220 = 20, 100·99/220 = 45, 100·77/220 = 35

카이제곱 통계량

χ² = (25 − 24)²/24 + (52 − 54)²/54 + (43 − 42)²/42 + (19 − 20)²/20 + (47 − 45)²/45 + (34 − 35)²/35
χ² = 0.307

답

χ² = 0.307

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

10.카이제곱 검정

답: χ² = 8.056

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

1라인: 24, 56
2라인: 18, 42
3라인: 24, 56

카이제곱 통계량

χ² = (31 − 24)²/24 + (49 − 56)²/56 + (20 − 18)²/18 + (40 − 42)²/42 + (15 − 24)²/24 + (65 − 56)²/56
χ² = 8.056

의사 결정

df = 2, χ²crit = 9.210
8.056 < 9.210

답

χ² = 8.056

χ²이 임곗값보다 작으므로 H₀을 기각하지 않습니다. 관련성에 대한 유의한 증거가 없습니다.

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