Statistiek 2: Inferentiële statistiek: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 10 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgavenTerug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Normale verdeling

z-score
z = (x − μ)/σ
Onder x
P(X < x) = Φ(z)
Boven x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Tussen
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentiel
x = μ + z·σ

Methode

  1. Reken de waarde om naar een z-score: z = (x − μ)/σ.
  2. Zoek Φ(z) op, het oppervlak links van z.
  3. Gebruik voor het oppervlak rechts 1 − Φ(z); trek voor een interval de twee linkeroppervlakken van elkaar af.
  4. Werk voor een percentiel terug: zoek z bij het oppervlak, dan x = μ + z·σ.

Betrouwbaarheidsintervallen

σ bekend
x̄ ± z·σ/√n
σ onbekend
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Kritieke z
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Steekproefomvang
n = (z·σ/E)², rounded up

Methode

  1. Kies tussen z (σ van de populatie bekend) en t (alleen de steekproef-s, met n − 1 vrijheidsgraden).
  2. Zoek de kritieke waarde bij het betrouwbaarheidsniveau.
  3. Foutmarge: E = kritieke waarde × standaardafwijking/√n.
  4. Interval: x̄ ± E.

Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

z-toets voor een gemiddelde
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
t-toets voor een gemiddelde
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Tweezijdig bij 5%
verwerp H0 als |z| > 1,96
Betrouwbaarheidsinterval
x̄ ± z·σ/√n

Methode

  1. Formuleer H₀ en H₁ en bepaal of de toets een- of tweezijdig is.
  2. Bereken de toetsingsgrootheid: (x̄ − μ₀)/(σ/√n), of met s en t.
  3. Vergelijk met de kritieke waarde, of bepaal de p-waarde.
  4. Verwerp H₀ als de toetsingsgrootheid voorbij de kritieke waarde ligt (p kleiner dan α), en formuleer de conclusie in woorden.

Lineaire regressie en correlatie

Kwadratensommen
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Helling
b = Sxy/Sxx
Snijpunt met de y-as
a = ȳ − b·x̄
Correlatie
r = Sxy/√(SxxSyy)
Residu
e = y − ŷ

Chikwadraattoetsen

Toetsingsgrootheid
χ² = Σ(O − E)²/E
Aanpassingstoets
E = n·p, df = k − 1 − (estimated parameters)
Onafhankelijkheid
E = row total × column total / grand total, df = (r − 1)(c − 1)
Kritieke waarden (α = 0,05)
df 1: 3,841, 2: 5,991, 3: 7,815, 4: 9,488
Beslissing
verwerp H0 als χ² > χ²crit

2Oefenopgaven

1.Normale verdelingGemiddeld
22,744,3P = ?

De levertijden zijn normaal verdeeld met gemiddelde 32 min en standaardafwijking 6 min. Welk deel ligt tussen 22,7 en 44,3 min? Geef P als decimaal getal.

μ = 32σ = 6x1 = 22,7x2 = 44,3
P =
2.Normale verdelingMoeilijk
μ = 100x = ?25%

De IQ-scores zijn normaal verdeeld met gemiddelde 100 punten en standaardafwijking 15 punten. Bereken de waarde x waaronder 25% ervan ligt (het 25e percentiel).

μ = 100σ = 15P = 25%
x = punten
3.BetrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
n = 8, sd​ = 50L = ?Ud̄ = 2,4E90%

De bloeddruk van 8 patiënten wordt gemeten voor en na een behandeling. De verschillen d = voor − na (mmHg) hebben gemiddelde 2,4 en standaardafwijking 5. Bereken de ondergrens van het 90%-betrouwbaarheidsinterval voor het gemiddelde verschil.

n = 8d̄ = 2,4sd = 590%t(7) = 1,895
ondergrens = mmHg
4.BetrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
μ₁ − μ₂, t(29) = 2,0450LUx̄₁ − x̄₂E = ?95%

Twee kunstmeststoffen worden getest. Groep 1: 11 proefvelden, gemiddelde opbrengst 37,5 kg, standaardafwijking 1 kg. Groep 2: 20 proefvelden, gemiddelde 48,5 kg, standaardafwijking 4,5 kg. Neem gelijke varianties aan (gepoolde t, df = n₁ + n₂ − 2). Bereken de foutmarge E van het 95%-betrouwbaarheidsinterval voor μ₁ − μ₂.

n₁ = 11x̄₁ = 37,5s₁ = 1n₂ = 20x̄₂ = 48,5s₂ = 4,595%t(29) = 2,045
E = kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
−2,4472,447t = ?df = 6

7 werknemers doen een typetest voor en na een training. Voor elke persoon wordt het verschil d = na − voor (woorden per minuut) genoteerd. Het gemiddelde verschil is −4,2 en de standaardafwijking van de verschillen is 10,1. Bereken de toetsingsgrootheid t van de gepaarde toets voor H₀: μd = 0.

n = 7d̄ = −4,2sd = 10,1
t =
6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
μ₀x̄c

Een eenzijdige z-toets van H₀: μ = 200 tegen H₁: μ > 200 wordt uitgevoerd bij α = 0,01 met een steekproef van 25; de standaardafwijking is bekend en is 15. In werkelijkheid is het gemiddelde 209,6. Bereken het onderscheidend vermogen 1 − β van de toets in procenten.

μ₀ = 200μ = 209,6σ = 15n = 25α = 0,01
1 − β = %
7.Lineaire regressie en correlatieGemiddeld
xy341440543646750849xy468404550

De tabel geeft 6 gepaarde waarnemingen van x = advertentie-uitgaven in k€ en y = verkoop in k€. Bereken de correlatiecoëfficiënt van Pearson r.

n = 6
r =
8.Lineaire regressie en correlatieMoeilijk
xy16351849204622612453xy20405060x = 21

De tabel geeft 5 gepaarde waarnemingen van x = temperatuur in °C en y = verkochte ijsjes. Gebruik de kleinstekwadratenlijn ŷ = a + b·x. Voorspel ŷ voor x = 21.

n = 5x = 21
ŷ =
9.ChikwadraattoetsenGemiddeld
geen defectkleingrootTotaaldagdienst39321889nachtdienst27371680Totaal666934169

De kruistabel toont waargenomen aantallen. Bereken voor een chikwadraattoets op onafhankelijkheid het verwachte aantal E voor de cel “dagdienst, geen defect”.

rijtotaal = 89kolomtotaal = 66N = 169
E =
10.ChikwadraattoetsenMoeilijk
janeeTotaalfabriek A532780fabriek B433780fabriek C483280Totaal14496240dfα = 0,05α = 0,0113,8416,63525,9919,21037,81511,34549,48813,277511,07015,086612,59216,812714,06718,475815,50720,090916,91921,6661018,30723,209

De tabel toont waargenomen aantallen. Toets bij α = 0,05 of de twee variabelen onafhankelijk zijn (zonder continuïteitscorrectie). Bereken de toetsingsgrootheid χ² en vergelijk die daarna met de kritieke waarde uit de tabel.

N = 2403 × 2α = 0,05
χ² =

3Oplossingen

1.Normale verdeling

Antwoord: P = 0,9192

Normale verdeling: reken een waarde x om naar een z-score, z = (x − μ)/σ, die telt hoeveel standaardafwijkingen x van het gemiddelde ligt. Een z-tabel (of Φ(z)) geeft de oppervlakte links van z, en dat is P(X < x). De oppervlakte rechts is 1 − Φ(z), en de oppervlakte tussen twee waarden is het verschil van hun twee oppervlakten.

z-scores

z₁ = (22,7 − 32)/6 = −1,55
z₂ = (44,3 − 32)/6 = 2,05

Oppervlakte ertussen

P = Φ(2,05) − Φ(−1,55) = 0,9798 − 0,06057 = 0,9192

Antwoord

P = 0,9192
2.Normale verdeling

Antwoord: x = 89,88 punten

Normale verdeling: reken een waarde x om naar een z-score, z = (x − μ)/σ, die telt hoeveel standaardafwijkingen x van het gemiddelde ligt. Een z-tabel (of Φ(z)) geeft de oppervlakte links van z, en dat is P(X < x). De oppervlakte rechts is 1 − Φ(z), en de oppervlakte tussen twee waarden is het verschil van hun twee oppervlakten.

z voor het percentiel

Φ(z) = 0,25 → z = −0,6745

Terug naar x

x = 100 + −0,6745·15 = 89,88 punten

Antwoord

x = 89,88 punten
3.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: ondergrens = −0,9499 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.

Kritieke waarde

df = 7, t = 1,895

Foutmarge

E = 1,895·5/√8 = 3,35

Interval

2,4 ± 3,35 → [−0,9499, 5,75]

Antwoord

ondergrens = −0,9499 mmHg
4.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: E = 2,832 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.

Gepoolde standaardafwijking

sp² = (10·1² + 19·4,5²)/29 = 13,61
sp = 3,689

Foutmarge

E = 2,045·3,689·√(1/11 + 1/20) = 2,832

Antwoord

E = 2,832 kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: t = −1,1

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).

Standaardfout van het gemiddelde verschil

SE = 10,1/√7 = 3,817

Toetsingsgrootheid

t = −4,2/3,817 = −1,1

Antwoord

t = −1,1

Bij df = 6 is de tweezijdige kritieke waarde bij 5% gelijk aan 2,447; |t| is kleiner, dus H₀ wordt niet verworpen.

6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: 1 − β = 80,89 %

Onderscheidend vermogen van een toets: het onderscheidend vermogen 1 − β is de kans dat H₀ wordt verworpen als die onwaar is. Bepaal de grens x̄c uit μ₀ en z_α, en bereken dan met het ware gemiddelde de kans om voorbij x̄c uit te komen: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Kritiek steekproefgemiddelde

SE = 15/√25 = 3
x̄c = 200 + 2,326·3 = 207

z onder het ware gemiddelde

z = (207 − 209,6)/3 = −0,874

Vermogen

onderscheidend vermogen = P(Z > −0,874) = 80,89%
1 − β = 80,89%

Antwoord

1 − β = 80,89%
7.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: r = 0,9363

Kleinstekwadratenregressie: met x̄ en ȳ de gemiddelden, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² en Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) heeft de lijn ŷ = a + b·x helling b = Sxy/Sxx en snijpunt a = ȳ − b·x̄, dus gaat ze altijd door (x̄, ȳ). De correlatiecoëfficiënt van Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) ligt tussen −1 en 1; r² is het deel van de variatie in y dat door de lijn wordt verklaard.

Gemiddelden

x̄ = 33/6 = 5,5
ȳ = 269/6 = 44,83

Kwadraten- en productsommen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 17,5
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 36,5
Syy = Σ(y − ȳ)² = 86,83

Correlatiecoëfficiënt

r = 36,5/√(17,5·86,83) = 0,9363

Antwoord

r = 0,9363
8.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: ŷ = 51,2

Kleinstekwadratenregressie: met x̄ en ȳ de gemiddelden, Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² en Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) heeft de lijn ŷ = a + b·x helling b = Sxy/Sxx en snijpunt a = ȳ − b·x̄, dus gaat ze altijd door (x̄, ȳ). De correlatiecoëfficiënt van Pearson r = Sxy/√(Sxx·Syy) ligt tussen −1 en 1; r² is het deel van de variatie in y dat door de lijn wordt verklaard.

Gemiddelden

x̄ = 100/5 = 20
ȳ = 244/5 = 48,8

Kwadraten- en productsommen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 96

Regressielijn

b = 96/40 = 2,4
a = 48,8 − 2,4·20 = 0,8
ŷ = 0,8 + 2,4·x

Voorspelling

ŷ = 0,8 + 2,4·21 = 51,2

Antwoord

ŷ = 51,2
9.Chikwadraattoetsen

Antwoord: E = 34,76

Chikwadraattoetsen: vergelijk waargenomen aantallen O met de onder H₀ verwachte aantallen E met χ² = Σ(O − E)²/E. Aanpassingstoets: E = n·p voor elke categorie, df = k − 1 (en nog één minder voor elke parameter die uit de data is geschat). Onafhankelijkheid in een r × c-tabel: E = rijtotaal × kolomtotaal / totaal, df = (r − 1)(c − 1). Verwerp H₀ als χ² groter is dan de kritieke waarde bij de gekozen α.

Verwacht aantal

E = 89·66/169 = 34,76

Antwoord

E = 34,76
10.Chikwadraattoetsen

Antwoord: χ² = 2,604

Chikwadraattoetsen: vergelijk waargenomen aantallen O met de onder H₀ verwachte aantallen E met χ² = Σ(O − E)²/E. Aanpassingstoets: E = n·p voor elke categorie, df = k − 1 (en nog één minder voor elke parameter die uit de data is geschat). Onafhankelijkheid in een r × c-tabel: E = rijtotaal × kolomtotaal / totaal, df = (r − 1)(c − 1). Verwerp H₀ als χ² groter is dan de kritieke waarde bij de gekozen α.

Verwachte aantallen

fabriek A: 48, 32
fabriek B: 48, 32
fabriek C: 48, 32

Chikwadraatgrootheid

χ² = (53 − 48)²/48 + (27 − 32)²/32 + (43 − 48)²/48 + (37 − 32)²/32 + (48 − 48)²/48 + (32 − 32)²/32
χ² = 2,604

Beslissing

df = 2, χ²crit = 5,991
2,604 < 5,991

Antwoord

χ² = 2,604

χ² ligt onder de kritieke waarde, dus H₀ wordt niet verworpen: er is geen significant bewijs voor een verband.

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-2-inference