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 = 0.9545

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.9545이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.9545
z =
2.정규분포어려움
0.03 mm0D − d?

구멍 지름 D는 평균 25.03 mm, 표준편차 0.02 mm인 정규분포를 따릅니다. 축 지름 d는 독립이며 평균 25 mm, 표준편차 0.015 mm인 정규분포를 따릅니다. 무작위로 고른 축은 D − d > 0일 때 끼워집니다. 끼워질 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

구멍: μ = 25.03 mm, σ = 0.02 mm축: μ = 25 mm, σ = 0.015 mm
P =
3.신뢰구간보통
n = 20, sd​ = 7.70LU = ?d̄ = 9.9E99%

환자 20명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 9.9, 표준 편차는 7.7이다. 평균 차이에 대한 99% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n = 20d̄ = 9.9sd = 7.799%t(19) = 2.861
상한 = mmHg
4.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(19) = 2.8610LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 14개 구획, 평균 수확량 22 kg, 표준 편차 10 kg. 구획 집단 2: 7개 구획, 평균 28.5 kg, 표준 편차 1 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n₁ = 14x̄₁ = 22s₁ = 10n₂ = 7x̄₂ = 28.5s₂ = 199%t(19) = 2.861
상한 = kg
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.1312.131t = ?df = 15

두 교수법을 비교한다. 집단 1: 학생 10명, 평균 점수 96.5, 표준 편차 5.5. 집단 2: 학생 7명, 평균 점수 93.1, 표준 편차 3. 모집단 분산이 같다고 가정하고 합동 이표본 t 검정을 쓴다. 차이를 x̄₁ − x̄₂(집단 1 빼기 집단 2)로 하여 H₀: μ₁ = μ₂에 대한 검정 통계량 t을(를) 구하시오.

n₁ = 10x̄₁ = 96.5s₁ = 5.5n₂ = 7x̄₂ = 93.1s₂ = 3
t =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
z −2.57602.576

측정값 49개의 표본 평균은 99.9입니다. 모표준편차는 10입니다. 평균에 대한 99% 신뢰구간의 상한 U를 구하세요.

x̄ = 99.9σ = 10n = 4999%
U =
7.선형 회귀와 상관보통
xy2384416578701081xy510406080

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5Σx = 30Σy = 287Σx² = 220Σy² = 17835Σxy = 1952
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy18562171248527913010933115xy2025306080100120x = 28.5

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (28.5, 97)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(28.5, 97)
e =
9.카이제곱 검정보통
낮음중간높음합계도시19413393농촌30244498합계496577191

분할표는 관측 도수를 보여 줍니다. 카이제곱 독립성 검정을 위해 칸 “농촌, 높음”의 기대 도수 E을(를) 구하세요.

행 합계 = 98열 합계 = 77N = 191
E =
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 11개 범주의 관측 도수를 완전히 지정된 기대 비율과 비교합니다(자료에서 추정한 모수 없음). 표를 이용해 유의수준 α = 0.01에서 임곗값 χ²crit을(를) 구하세요.

α = 0.01
χ²crit =

3용액

1.정규분포

답: z = 2

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 + 0.9545)/2 = 0.9772

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.9772을 찾아 z를 읽으세요.

z = 2.00

답

z = 2.00
2.정규분포

답: P = 0.8849

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.

차의 분포

μ = 25.03 − 25 = 0.03 mm, σ = 0.025 mm

표준화하기

z = (0 − 0.03)/0.025 = −1.2

확률

P = 1 − Φ(−1.2) = 0.8849

답

P = 0.8849
3.신뢰구간

답: 상한 = 14.83 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 = 19, t = 2.861

오차 한계

E = 2.861·7.7/√20 = 4.926

구간

9.9 ± 4.926 → [4.974, 14.83]

답

상한 = 14.83 mmHg
4.신뢰구간

답: 상한 = 4.48 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 = (13·10² + 6·1²)/19 = 68.74
sp = 8.291

오차 한계

E = 2.861·8.291·√(1/14 + 1/7) = 10.98

구간

−6.5 ± 10.98 → [−17.48, 4.48]

답

상한 = 4.48 kg
5.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 1.479

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.

합동 분산

sp² = (9·5.5² + 6·3²)/15 = 21.75
sp = 4.664

표준오차

SE = 4.664·√(1/10 + 1/7) = 2.298

검정통계량

t = (96.5 − 93.1)/2.298 = 1.479

답

t = 1.479

df = 15에서 양측 5% 임곗값은 2.131입니다. |t|가 더 작으므로 H₀를 기각하지 않습니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: U = 103.6

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 = 2.576·10/√49 = 3.68

구간 끝값

U = 99.9 + 3.68 = 103.6

답

U = 103.6
7.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9857

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 = 1952 − 30·287/5 = 230
Sxx = 220 − 30²/5 = 40
Syy = 17835 − 287²/5 = 1361

상관계수

r = 230/√(40·1361) = 0.9857

답

r = 0.9857
8.선형 회귀와 상관

답: e = −2.69

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 = 153/6 = 25.5
ȳ = 527/6 = 87.83

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 622.5

회귀직선

b = 622.5/157.5 = 3.952
a = 87.83 − 3.952·25.5 = −12.95
ŷ = −12.95 + 3.952·x

예측값

ŷ = −12.95 + 3.952·28.5 = 99.69

잔차

e = 97 − 99.69 = −2.69

답

e = −2.69

점이 직선 아래쪽에 있습니다.

9.카이제곱 검정

답: E = 39.51

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

E = 98·77/191 = 39.51

답

E = 39.51
10.카이제곱 검정

답: χ²crit = 23.21

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 = 11 − 1 = 10

표

χ²crit(df = 10, α = 0.01) = 23.209

답

χ²crit = 23.209

계산한 χ²이 이 값보다 크면 H₀을 기각합니다.

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