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
−3−2−10123zz의 오른쪽 색칠한 넓이 = 0.7190

표준 정규 곡선 아래에서 z의 오른쪽 색칠한 넓이가 0.7190이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.7190
z =
2.정규분포어려움
μ = 100x = ?75%

IQ 점수은(는) 평균 100 점, 표준편차 15 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 75%가 그 아래에 있는 값 x(75 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 100σ = 15P = 75%
x = 점
3.신뢰구간보통
x̄E₁ = 9.595%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 225

관측값 25개와 알려진 σ에 근거한 평균의 95% 신뢰구간의 오차 한계는 9.5이다. 같은 연구에서 관측값을 225개로 하면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

95%n₁ = 25E₁ = 9.5n₂ = 225
E₂ =
4.신뢰구간어려움
σ = 22, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 0.599%

모표준편차는 22입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 0.5 이하가 되려면 표본 크기 n이(가) 얼마나 커야 할까요?

σ = 22E = 0.599%
n =
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−1.961.96z = ?

두 생산 라인이 같은 부품을 만든다. 라인 1: 부품 80개 표본의 평균 길이는 90 mm이고, 라인의 알려진 표준 편차는 3 mm이다. 라인 2: 부품 60개 표본의 평균은 92.5 mm, 알려진 표준 편차는 16 mm이다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(라인 1 빼기 라인 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 z을(를) 구하시오.

n₁ = 80x̄₁ = 90 mmσ₁ = 3 mmn₂ = 60x̄₂ = 92.5 mmσ₂ = 16 mm
z =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1.5α = 0.01βσ = 7, 검정력 95%, n = ?

α = 0.01의 단측 z 검정이 평균의 1.5단위 이동을 검정력 95%로 검출해야 한다. 표준 편차는 7이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.01검정력 = 95%δ = 1.5σ = 7zα = 2.326zβ = 1.645
n =
7.선형 회귀와 상관보통
xy237342448547645749xy246404550

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선의 결정계수 r²을(를) 구하세요.

n = 6
r² =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy3605797829921110713116xy5106080100120x = 4

표에는 x = 공부 시간, y = 시험 점수의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (4, 65)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(4, 65)
e =
9.카이제곱 검정보통
예아니요합계남성293160여성211940합계5050100

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

N = 1002 × 2
χ² =
10.카이제곱 검정어려움
합격불합격합계18–30세5736031–50세30104051세 이상411960합계12832160dfα = 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 = 1603 × 2α = 0.01
χ² =

3용액

1.정규분포

답: z = −0.58

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.

z의 왼쪽 넓이

Φ(z) = 1 − 0.7190 = 0.2810

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.2810을 찾아 z를 읽으세요.

z = −0.58

답

z = −0.58
2.정규분포

답: x = 110.1 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) = 0.75 → z = 0.6745

다시 x로

x = 100 + 0.6745·15 = 110.12 점

답

x = 110.12 점
3.신뢰구간

답: E₂ = 3.167

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.

오차 한계의 비

E₂/E₁ = (1.96/1.96)·√(25/225) = 0.3333

새 오차 한계

E₂ = 9.5·0.3333 = 3.167

답

E₂ = 3.167
4.신뢰구간

답: n = 12847

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 = (2.576·22/0.5)² = 12847

올림하기

표본 크기는 정수이고, 내림하면 오차 한계가 너무 커집니다.

n = 12847

답

n = 12847
5.가설 검정과 신뢰구간

답: z = −1.195

가설 검정: 검정 통계량 = (추정값 − H₀에서의 값)/(H₀에서의 표준 오차). p값은 H₀가 참이라고 가정할 때 관측된 것만큼 또는 그보다 극단적인 통계량이 나올 확률입니다. 단측 H₁이면 한쪽 꼬리의 면적, 양측 H₁이면 꼬리 면적의 두 배입니다. p ≤ α이면 H₀를 기각합니다.

차의 표준 오차

SE = √(3²/80 + 16²/60) = √4.379 = 2.093

검정통계량

z = (90 − 92.5)/2.093 = −1.195

답

z = −1.195

|z| < 1.96이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각하지 않습니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 344

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 + 1.645)·7/1.5)² = 343.4

올림하기

n = 344

답

n = 344
7.선형 회귀와 상관

답: r² = 0.6519

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 = 27/6 = 4.5
ȳ = 268/6 = 44.67

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 34
Syy = Σ(y − ȳ)² = 101.3

결정계수

r² = 34²/(17.5·101.3) = 0.6519

답

r² = 0.6519

y의 변동 중 약 65.19%가 직선으로 설명됩니다.

8.선형 회귀와 상관

답: e = −2.962

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 = 48/6 = 8
ȳ = 536/6 = 89.33

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 374

회귀직선

b = 374/70 = 5.343
a = 89.33 − 5.343·8 = 46.59
ŷ = 46.59 + 5.343·x

예측값

ŷ = 46.59 + 5.343·4 = 67.96

잔차

e = 65 − 67.96 = −2.962

답

e = −2.962

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

9.카이제곱 검정

답: χ² = 0.1667

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: 60·50/100 = 30, 60·50/100 = 30
여성: 40·50/100 = 20, 40·50/100 = 20

카이제곱 통계량

χ² = (29 − 30)²/30 + (31 − 30)²/30 + (21 − 20)²/20 + (19 − 20)²/20
χ² = 0.1667

답

χ² = 0.1667

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

10.카이제곱 검정

답: χ² = 14.17

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

18–30세: 48, 12
31–50세: 32, 8
51세 이상: 48, 12

카이제곱 통계량

χ² = (57 − 48)²/48 + (3 − 12)²/12 + (30 − 32)²/32 + (10 − 8)²/8 + (41 − 48)²/48 + (19 − 12)²/12
χ² = 14.17

의사 결정

df = 2, χ²crit = 9.210
14.17 > 9.210

답

χ² = 14.17

χ²이 임곗값보다 크므로 H₀을 기각합니다. 두 변수는 관련이 있는 것으로 보입니다.

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