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 = 0.2737

표준 정규 곡선 아래에서 −z와 z 사이의 색칠한 넓이가 0.2737이 되도록 z를 끌어 놓으세요. z을 소수 둘째 자리까지 구하세요.

A = 0.2737
z =
2.정규분포어려움
μ = 65x = ?90%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 전체의 90%가 그 아래에 있는 값 x(90 백분위수)을(를) 구하세요.

μ = 65σ = 10P = 90%
x = 점
3.신뢰구간보통
x̄E₁ = 2.795%, n = 25x̄E₂ = ?95%, n = 225

관측값 25개와 알려진 σ에 근거한 평균의 95% 신뢰구간의 오차 한계는 2.7이다. 같은 연구에서 관측값을 225개로 하면 오차 한계 E₂은(는) 얼마인가?

95%n₁ = 25E₁ = 2.7n₂ = 225
E₂ =
4.신뢰구간어려움
μ₁ − μ₂, t(14) = 2.9770LU = ?x̄₁ − x̄₂E99%

두 비료를 시험한다. 구획 집단 1: 11개 구획, 평균 수확량 17 kg, 표준 편차 4 kg. 구획 집단 2: 5개 구획, 평균 16.5 kg, 표준 편차 1.5 kg. 분산이 같다고 가정한다(합동 t, df = n₁ + n₂ − 2). μ₁ − μ₂에 대한 99% 신뢰구간의 상한을 구하시오.

n₁ = 11x̄₁ = 17s₁ = 4n₂ = 5x̄₂ = 16.5s₂ = 1.599%t(14) = 2.977
상한 = kg
5.가설 검정과 신뢰구간보통
−2.1452.145t = ?df = 14

직원 15명이 교육 과정 전후에 타자 시험을 본다. 각 사람에 대해 차이 d = 후 − 전(분당 단어 수)을 기록한다. 평균 차이는 8.31, 차이의 표준 편차는 11.1이다. H₀: μd = 0에 대한 대응 검정 통계량 t을(를) 구하시오.

n = 15d̄ = 8.31sd = 11.1
t =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
μ₀x̄c

H₀: μ = 80 대 H₁: μ < 80의 단측 z 검정을 표본 크기 100, α = 0.10에서 실시한다. 표준 편차는 25로 알려져 있다. 실제 평균은 76이다. 검정력 1 − β을(를) 퍼센트로 구하시오.

μ₀ = 80μ = 76σ = 25n = 100α = 0.10
1 − β = %
7.선형 회귀와 상관보통
xy127223321419516xy242025

표에는 x = 자동차 연식(년), y = 가격(k€)의 짝지은 관측값 5쌍이 있습니다. 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 5
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy1876219824101271303014233153xy202530100150ŷ = 101

표에는 x = 기온(°C), y = 아이스크림 판매량의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 직선이 ŷ = 101을(를) 예측하는 값 x은(는) 얼마인가요?

n = 6ŷ = 101
x =
9.카이제곱 검정보통
버스자전거자동차합계학생14313984교직원18314392합계326282176

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

행 합계 = 84열 합계 = 62N = 176
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

행 2개, 열 4개(합계 제외)인 분할표로 카이제곱 독립성 검정을 합니다. 표를 이용해 유의수준 α = 0.01에서 임곗값 χ²crit을(를) 구하세요.

α = 0.01
χ²crit =

3용액

1.정규분포

답: z = 0.35

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 + 0.2737)/2 = 0.6368

z-표를 거꾸로 읽기

표 안에서 0.6368을 찾아 z를 읽으세요.

z = 0.35

답

z = 0.35
2.정규분포

답: x = 77.82 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) = 0.9 → z = 1.282

다시 x로

x = 65 + 1.282·10 = 77.82 점

답

x = 77.82 점
3.신뢰구간

답: E₂ = 0.9

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 = (1.96/1.96)·√(25/225) = 0.3333

새 오차 한계

E₂ = 2.7·0.3333 = 0.9

답

E₂ = 0.9
4.신뢰구간

답: 상한 = 6.079 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 = (10·4² + 4·1.5²)/14 = 12.07
sp = 3.474

오차 한계

E = 2.977·3.474·√(1/11 + 1/5) = 5.579

구간

0.5 ± 5.579 → [−5.079, 6.079]

답

상한 = 6.079 kg
5.가설 검정과 신뢰구간

답: t = 2.9

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 = 11.1/√15 = 2.866

검정통계량

t = 8.31/2.866 = 2.9

답

t = 2.9

df = 14에서 양측 5% 임곗값은 2.145입니다. |t|가 더 크므로 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: 1 − β = 62.48 %

검정력: 검정력 = 1 − β는 H₀가 거짓일 때 H₀를 기각할 확률입니다. μ₀와 z_α에서 기준값 x̄c를 구한 다음, 참 평균을 써서 x̄c 너머에 들어갈 확률을 계산합니다: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

임계 표본 평균

SE = 25/√100 = 2.5
x̄c = 80 − 1.282·2.5 = 76.8

참 평균에서의 z

z = (76.8 − 76)/2.5 = 0.318

전력

검정력 = P(Z < 0.318) = 62.48%
1 − β = 62.48%

답

1 − β = 62.48%
7.선형 회귀와 상관

답: r = −0.9912

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 = 15/5 = 3
ȳ = 106/5 = 21.2

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = −26
Syy = Σ(y − ȳ)² = 68.8

상관계수

r = −26/√(10·68.8) = −0.9912

답

r = −0.9912
8.선형 회귀와 상관

답: x = 22.49

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 = 700/6 = 116.7

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 157.5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 819

회귀직선

b = 819/157.5 = 5.2
a = 116.7 − 5.2·25.5 = −15.93
ŷ = −15.93 + 5.2·x

x 구하기

x = (101 − (−15.93))/5.2 = 22.49

답

x = 22.49
9.카이제곱 검정

답: E = 29.59

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 = 84·62/176 = 29.59

답

E = 29.59
10.카이제곱 검정

답: χ²crit = 11.35

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 = (2 − 1)·(4 − 1) = 3

표

χ²crit(df = 3, α = 0.01) = 11.345

답

χ²crit = 11.345

계산한 χ²이 이 값보다 크면 H₀을 기각합니다.

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