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
−3−2−10123z−z와 z 사이의 색칠한 넓이 = 0.9476

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.9476이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.9476
z =
2.정규분포어려움
μ = 32x = ?99%

배송 시간은(는) 평균 32 min, 표준편차 6 min인 정규분포를 따릅니다. 전체의 99%가 그 아래에 있는 값 x(99 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 32σ = 6P = 99%
x = min
3.신뢰구간보통
n = 15, sd​ = 2.40LUd̄ = −0.5E = ?99%

환자 15명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 −0.5, 표준 편차는 2.4이다. 평균 차이에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n = 15d̄ = −0.5sd = 2.499%t(14) = 2.977
E = mmHg
4.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(24) = 2.7970LUx̄₁ − x̄₂E = ?99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 5개 구획, 평균 수확량 38 kg, 표준 편차 6 kg. 구획 집단 2: 21개 구획, 평균 26.5 kg, 표준 편차 8.5 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n₁ = 5x̄₁ = 38s₁ = 6n₂ = 21x̄₂ = 26.5s₂ = 8.599%t(24) = 2.797
E = kg
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.262.26p = ?

모집단의 평균은 120이라고 주장되며, 모집단의 표준 편차는 12로 알려져 있다. 관측값 144개의 확률 표본의 평균은 122.26이다. H₀: μ = 120 대 H₁: μ ≠ 120을(를) 검정하시오. p값 p을(를) 구하시오.

μ₀ = 120σ = 12n = 144x̄ = 122.26H₁: μ ≠ μ₀
p =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 3α = 0.05βσ = 26, 검정력 90%, n = ?

α = 0.05의 단측 z 검정이 평균의 3단위 이동을 검정력 90%로 검출해야 한다. 표준 편차는 26이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.05검정력 = 90%δ = 3σ = 26zα = 1.645zβ = 1.282
n =
7.선형 회귀와 상관보통
xy234116158191024xy5101020

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5Σx = 30Σy = 72Σx² = 220Σy² = 1292Σxy = 532
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy22496148141018xy51051015x = 3

표에는 x = 하중(kN), y = 늘음량(mm)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. x = 3일 때 ŷ을(를) 예측하세요.

n = 5x = 3
ŷ =
9.카이제곱 검정보통
결함 없음경미한 결함중대한 결함합계주간 근무14202660야간 근무226137120합계368163180

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

N = 1802 × 3
χ² =
10.카이제곱 검정어려움
dfα = 0.05α = 0.0113.8416.63525.9919.21037.81511.34549.48813.277511.07015.086612.59216.812714.06718.475815.50720.090916.91921.6661018.30723.209

카이제곱 적합도 검정으로 7개 범주의 도수가, 같은 자료에서 평균을 추정한 푸아송 분포를 따르는지 확인합니다. 표를 이용해 유의수준 α = 0.05에서 임곗값 χ²crit을(를) 구하세요.

α = 0.05
χ²crit =

3용액

1.정규분포

답: z = 1.94

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 + 0.9476)/2 = 0.9738

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9738을 찾아 z를 읽으세요.

z = 1.94

답

z = 1.94
2.정규분포

답: x = 45.96 min

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 = 32 + 2.326·6 = 45.96 min

답

x = 45.96 min
3.신뢰구간

답: E = 1.845 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 = 14, t = 2.977

오차 한계

E = 2.977·2.4/√15 = 1.845

답

E = 1.845 mmHg
4.신뢰구간

답: E = 11.33 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 = (4·6² + 20·8.5²)/24 = 66.21
sp = 8.137

오차 한계

E = 2.797·8.137·√(1/5 + 1/21) = 11.33

답

E = 11.33 kg
5.가설 검정과 신뢰구간

답: p = 0.02382

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 = 12/√144 = 1
z = (122.26 − 120)/1 = 2.26

꼬리 면적

Φ(2.26) = 0.9881
1 − Φ(2.26) = 0.0119

p값

p = 2·0.0119 = 0.02382

답

p = 0.02382

p ≤ 0.05이므로 5% 수준에서 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 644

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 = ((1.645 + 1.282)·26/3)² = 643.5

올림하기

n = 644

답

n = 644
7.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9898

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 = 532 − 30·72/5 = 100
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 1292 − 72²/5 = 255.2

상관계수

r = 100/√(40·255.2) = 0.9898

답

r = 0.9898
8.선형 회귀와 상관

답: ŷ = 5.85

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 = 57/5 = 11.4

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 74

회귀직선

b = 74/40 = 1.85
a = 11.4 − 1.85·6 = 0.3
ŷ = 0.3 + 1.85·x

예측

ŷ = 0.3 + 1.85·3 = 5.85

답

ŷ = 5.85
9.카이제곱 검정

답: χ² = 5.008

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

주간 근무: 60·36/180 = 12, 60·81/180 = 27, 60·63/180 = 21
야간 근무: 120·36/180 = 24, 120·81/180 = 54, 120·63/180 = 42

카이제곱 통계량

χ² = (14 − 12)²/12 + (20 − 27)²/27 + (26 − 21)²/21 + (22 − 24)²/24 + (61 − 54)²/54 + (37 − 42)²/42
χ² = 5.008

답

χ² = 5.008

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

10.카이제곱 검정

답: χ²crit = 11.07

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 = 7 − 1 − 1 = 5

표

χ²crit(df = 5, α = 0.05) = 11.070

답

χ²crit = 11.070

계산한 χ²이 이 값보다 크면 H₀을 기각합니다.

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