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
480 g486.2 gT = X₁ + … + X₁₂?

볼트의 질량은 독립이며 평균 40 g, 표준편차 1.2 g인 정규분포를 따릅니다. 그중 12개의 총 질량이 486.2 g을(를) 초과할 확률 P을(를) 구하시오. z는 소수 둘째 자리로 반올림하시오.

μ = 40 gσ = 1.2 gn = 12> 486.2 g
P =
2.정규분포어려움
35455565758595점아래 70%

시험 점수은(는) 평균 65 점, 표준편차 10 점인 정규분포를 따릅니다. 색칠한 하위 70%가 왼쪽에 오도록 기준값을 끌어 놓으세요. 기준값 x을 구하세요.

μ = 65 점σ = 10 점70%
x = 점
3.신뢰구간보통
n = 13, sd​ = 5.50LUd̄ = 7.4E = ?95%

환자 13명의 혈압을 치료 전후에 측정한다. 차이 d = 전 − 후(mmHg)의 평균은 7.4, 표준 편차는 5.5이다. 평균 차이에 대한 95% 신뢰구간의 오차 한계 E을(를) 구하시오.

n = 13d̄ = 7.4sd = 5.595%t(12) = 2.179
E = mmHg
4.신뢰구간어려움
p ≈ 0.1, n = ?p̂ − Ep̂ + Ep̂E = 0.02599%

예비 연구에 따르면 제품의 약 0.1이(가) 불량이다. 비율에 대한 99% 신뢰구간의 오차 한계가 최대 0.025이(가) 되려면 제품을 몇 개 n 검사해야 하는가?

p ≈ 0.1E = 0.02599%
n =
5.가설 검정과 신뢰구간보통
t −2.01102.011

학생 49명 표본의 평균 점수는 494.7, 표본 표준편차는 12입니다. H₀: μ = 500에 대한 검정통계량 t를 구하세요.

μ₀ = 500x̄ = 494.7s = 12n = 49
t =
6.가설 검정과 신뢰구간어려움
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 5α = 0.01βσ = 10, 검정력 90%, n = ?

α = 0.01의 단측 z 검정이 평균의 5단위 이동을 검정력 90%로 검출해야 한다. 표준 편차는 10이다. 최소 표본 크기 n을(를) 구하시오.

α = 0.01검정력 = 90%δ = 5σ = 10zα = 2.326zβ = 1.282
n =
7.선형 회귀와 상관보통
xy343554769981119413102xy510406080100

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 그 합들이 주어져 있습니다. 이 합들로 피어슨 상관계수 r을(를) 구하세요.

n = 6Σx = 48Σy = 443Σx² = 454Σy² = 35327Σxy = 3971
r =
8.선형 회귀와 상관어려움
xy14536057078499311104xy5106080100x = 6

표에는 x = 광고비(k€), y = 매출(k€)의 짝지은 관측값 6쌍이 있습니다. 최소제곱 직선 ŷ = a + b·x를 쓰세요. 새 관측값 (6, 80)이(가) 얻어졌습니다. 잔차 e = y − ŷ를 구하세요.

n = 6(6, 80)
e =
9.카이제곱 검정보통
버스자전거자동차합계학생15221653교직원31252177합계464737130

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

행 합계 = 53열 합계 = 37N = 130
E =
10.카이제곱 검정어려움
합격불합격합계18–30세346610031–50세14264051세 이상124860합계60140200dfα = 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 = 0.06811

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 = 480 g, σT = 1.2·√12 = 4.157 g

표준화하기

z = (486.2 − 480)/4.157 = 1.49

확률

P = 1 − Φ(1.49) = 0.06811

답

P = 0.06811
2.정규분포

답: x = 70.2 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) = 0.7

표에서 구한 z

z ≈ 0.52

원래 단위로 되돌리기

x = 65 + 0.52·10 = 70.2 점

답

x = 70.2 점
3.신뢰구간

답: E = 3.324 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 = 12, t = 2.179

오차 한계

E = 2.179·5.5/√13 = 3.324

답

E = 3.324 mmHg
4.신뢰구간

답: n = 956

Confidence interval for a proportion: p̂ ± z·√(p̂(1 − p̂)/n), where p̂ = x/n. To reach a margin E you need n ≥ z²·p(1 − p)/E², rounded up; without a prior estimate use p = 0.5, which gives the largest n.

n에 대해 풀기

n = 2.576²·0.1·0.9/0.025² = 955.6

올림하기

n = 956

답

n = 956
5.가설 검정과 신뢰구간

답: t = −3.092

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.

표준오차

SE = 12/√49 = 12/7 = 1.714

검정통계량

t = (494.7 − 500)/1.714 = −3.092

답

t = −3.092
t0.025; df = 48 = 2.011

|t| > 2.011이므로 5% 수준(양측)에서 H₀를 기각합니다.

6.가설 검정과 신뢰구간

답: n = 53

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 + 1.282)·10/5)² = 52.07

올림하기

n = 53

답

n = 53
7.선형 회귀와 상관

답: r = 0.9973

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 = 3971 − 48·443/6 = 427
Sxx = 454 − 48²/6 = 70
Syy = 35327 − 443²/6 = 2619

상관계수

r = 427/√(70·2619) = 0.9973

답

r = 0.9973
8.선형 회귀와 상관

답: e = 4

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 = 36/6 = 6
ȳ = 456/6 = 76

제곱합과 곱의 합

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 408

회귀직선

b = 408/70 = 5.829
a = 76 − 5.829·6 = 41.03
ŷ = 41.03 + 5.829·x

예측값

ŷ = 41.03 + 5.829·6 = 76

잔차

e = 80 − 76 = 4

답

e = 4

점이 직선 위쪽에 있습니다.

9.카이제곱 검정

답: E = 15.08

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 = 53·37/130 = 15.08

답

E = 15.08
10.카이제곱 검정

답: χ² = 4.095

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: 30, 70
31–50세: 12, 28
51세 이상: 18, 42

카이제곱 통계량

χ² = (34 − 30)²/30 + (66 − 70)²/70 + (14 − 12)²/12 + (26 − 28)²/28 + (12 − 18)²/18 + (48 − 42)²/42
χ² = 4.095

의사 결정

df = 2, χ²crit = 9.210
4.095 < 9.210

답

χ² = 4.095

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

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