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
200 g202.7 gT = X₁ + … + X₅?

볼트의 질량은 독립이며 평균 40 g, 표준편차 1.2 g인 정규분포를 따릅니다. 그중 5개의 총 질량이 202.7 g을(를) 초과할 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μ = 40 gσ = 1.2 gn = 5> 202.7 g
P =
2.정규분포어려움
557085100115130145점위 25%

IQ 점수은(는) 평균 100 점, 표준편차 15 점인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 상위 25%가 오른쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 100 점σ = 15 점25%
x = 점
3.신뢰구간보통
n = 10, sd​ = 1.20LUd̄ = 4.7E = ?95%

환자 10명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 4.7, 표준 편차는 1.2이다. 평균 차이에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n = 10d̄ = 4.7sd = 1.295%t(9) = 2.262
E = mmHg
4.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(24) = 2.7970LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 11개 구획, 평균 수확량 19 kg, 표준 편차 7.5 kg. 구획 집단 2: 15개 구획, 평균 14.5 kg, 표준 편차 3 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n₁ = 11x̄₁ = 19s₁ = 7.5n₂ = 15x̄₂ = 14.5s₂ = 399%t(24) = 2.797
상한 = kg
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.1792.179t = ?df = 12

직원 13명이 교육 과정 전후에 타자 시험을 본다. 각 사람에 대해 차이 d = 후 − 전(분당 단어 수)을 기록한다. 평균 차이는 10.94, 차이의 표준 편차는 11.6이다. H₀: μd = 0에 대한 대응 검정 통계량 t을(를) 구하시오.

n = 13d̄ = 10.94sd = 11.6
t =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −2.57602.576

측정값 16개의 표본 평균은 46.5입니다. 모표준편차는 5입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 하한 L를 구하세요.

x̄ = 46.5σ = 5n = 1699%
L =
7.선형 회귀와 상관보통
xy2124176228301039xy51010203040

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 5
r² =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy151354569773978xy550607080ŷ = 76

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 76을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 5ŷ = 76
x =
9.카이제곱 검정보통
버스자전거자동차합계학생22182060교직원14182860합계363648120

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

N = 1202 × 3
χ² =
10.카이제곱 검정어려움
합격불합격합계공장 A142640공장 B4159100공장 C253560합계80120200dfα = 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 = 2003 × 2α = 0.01
χ² =

3용액

1.정규분포

답: P = 0.1562

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.

합계의 분포

μT = 200 g, σT = 1.2·√5 = 2.683 g

표준화하기

z = (202.7 − 200)/2.683 = 1.01

확률

P = 1 − Φ(1.01) = 0.1562

답

P = 0.1562
2.정규분포

답: x = 110.1 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) = 0.75

표에서 구한 z

z ≈ 0.67

원래 단위로 되돌리기

x = 100 + 0.67·15 = 110.1 점

답

x = 110.1 점
3.신뢰구간

답: E = 0.8584 mmHg

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.

임계값

df = 9, t = 2.262

오차 한계

E = 2.262·1.2/√10 = 0.8584

답

E = 0.8584 mmHg
4.신뢰구간

답: 상한 = 10.45 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 = (10·7.5² + 14·3²)/24 = 28.69
sp = 5.356

오차 한계

E = 2.797·5.356·√(1/11 + 1/15) = 5.947

구간

4.5 ± 5.947 → [−1.447, 10.45]

답

상한 = 10.45 kg
5.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 3.4

Testing a mean: the test statistic measures how many standard errors the sample mean lies from the value claimed in H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) when σ is known, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) when it is estimated from the sample. A confidence interval is x̄ ± (critical value)·(standard error).

평균 차이의 표준 오차

SE = 11.6/√13 = 3.217

검정통계량

t = 10.94/3.217 = 3.4

답

t = 3.4

df = 12에서 양측 5% 임곗값은 2.179입니다. |t|가 더 크므로 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: L = 43.28

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 = 2.576·5/√16 = 3.22

구간 끝값

L = 46.5 − 3.22 = 43.28

답

L = 43.28
7.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.9801

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 = 120/5 = 24

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 134
Syy = Σ(y − ȳ)² = 458

결정계수

r² = 134²/(40·458) = 0.9801

답

r² = 0.9801

y의 변동 중 약 98.01%가 직선으로 설명됩니다.

8.선형 회귀와 상관

답: x = 8.014

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 = 25/5 = 5
ȳ = 325/5 = 65

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 146

회귀직선

b = 146/40 = 3.65
a = 65 − 3.65·5 = 46.75
ŷ = 46.75 + 3.65·x

x 구하기

x = (76 − 46.75)/3.65 = 8.014

답

x = 8.014
9.카이제곱 검정

답: χ² = 3.111

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: 60·36/120 = 18, 60·36/120 = 18, 60·48/120 = 24
교직원: 60·36/120 = 18, 60·36/120 = 18, 60·48/120 = 24

카이제곱 통계량

χ² = (22 − 18)²/18 + (18 − 18)²/18 + (20 − 24)²/24 + (14 − 18)²/18 + (18 − 18)²/18 + (28 − 24)²/24
χ² = 3.111

답

χ² = 3.111

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

10.카이제곱 검정

답: χ² = 0.5278

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

공장 A: 16, 24
공장 B: 40, 60
공장 C: 24, 36

카이제곱 통계량

χ² = (14 − 16)²/16 + (26 − 24)²/24 + (41 − 40)²/40 + (59 − 60)²/60 + (25 − 24)²/24 + (35 − 36)²/36
χ² = 0.5278

의사 결정

df = 2, χ²crit = 9.210
0.5278 < 9.210

답

χ² = 0.5278

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

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