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
−3−2−10123zgearceerd oppervlak rechts van z = 0,3557

Sleep z zo dat het gearceerde oppervlak onder de standaardnormale kromme, rechts van z, 0,3557 is. Bepaal z op twee decimalen.

A = 0,3557
z =
2.Normale verdelingMoeilijk
380420460500540580620honder 5%

De levensduren van batterijen zijn normaal verdeeld met gemiddelde 500 h en standaardafwijking 40 h. Sleep de grenswaarde zo dat de gearceerde onderste 5% links ervan ligt. Bepaal de grenswaarde x.

μ = 500 hσ = 40 h5%
x = h
3.BetrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
x̄E₁ = 4,695%, n = 64x̄E₂ = ?99%, n = 64

Een 95%-betrouwbaarheidsinterval voor een gemiddelde, gebaseerd op 64 waarnemingen en een bekende σ, heeft een foutmarge van 4,6. Wat is de foutmarge E₂ van een 99%-interval uit dezelfde data?

95%n₁ = 64E₁ = 4,699%
E₂ =
4.BetrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
μ₁ − μ₂, t(14) = 2,9770L = ?Ux̄₁ − x̄₂E99%

Twee kunstmeststoffen worden getest. Groep 1: 7 proefvelden, gemiddelde opbrengst 60,5 kg, standaardafwijking 7,5 kg. Groep 2: 9 proefvelden, gemiddelde 56 kg, standaardafwijking 9 kg. Neem gelijke varianties aan (gepoolde t, df = n₁ + n₂ − 2). Bereken de ondergrens van het 99%-betrouwbaarheidsinterval voor μ₁ − μ₂.

n₁ = 7x̄₁ = 60,5s₁ = 7,5n₂ = 9x̄₂ = 56s₂ = 999%t(14) = 2,977
ondergrens = kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
t −2,13102,131

Een steekproef van 16 studenten heeft een gemiddelde score van 495,5 en een steekproefstandaardafwijking van 10. Bereken de toetsingsgrootheid t voor H₀: μ = 500.

μ₀ = 500x̄ = 495,5s = 10n = 16
t =
6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
z −2,57602,576

Een steekproef van 25 metingen heeft gemiddelde 208,1. De standaardafwijking van de populatie is 15. Bereken de bovengrens U van het 99%-betrouwbaarheidsinterval voor het gemiddelde.

x̄ = 208,1σ = 15n = 2599%
U =
7.Lineaire regressie en correlatieGemiddeld
xy16341836203822512451xy204050

De tabel geeft 5 gepaarde waarnemingen van x = temperatuur in °C en y = verkochte ijsjes. Hun sommen zijn gegeven. Bereken uit deze sommen de correlatiecoëfficiënt van Pearson r.

n = 5Σx = 100Σy = 210Σx² = 2040Σy² = 9098Σxy = 4298
r =
8.Lineaire regressie en correlatieMoeilijk
xy2104186248321041xy51010203040ŷ = 21

De tabel geeft 5 gepaarde waarnemingen van x = belasting in kN en y = verlenging in mm. Gebruik de kleinstekwadratenlijn ŷ = a + b·x. Voor welke waarde x voorspelt de lijn ŷ = 21?

n = 5ŷ = 21
x =
9.ChikwadraattoetsenGemiddeld
laagmiddelhoogTotaalstedelijk3044882landelijk29351579Totaal597923161

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

rijtotaal = 79kolomtotaal = 79N = 161
E =
10.ChikwadraattoetsenMoeilijk
geslaagdgezaktTotaalleeftijd 18–30344680leeftijd 31–50215980leeftijd 51+413980Totaal96144240dfα = 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: z = 0,37

Van een oppervlak terug naar z: Φ(z) is het oppervlak links van z. Zoek voor een linkerstaartoppervlak A de z met Φ(z) = A in de tabel. Een rechterstaartoppervlak A betekent Φ(z) = 1 − A. Een centraal oppervlak A tussen −z en z laat (1 − A)/2 in elke staart over, dus Φ(z) = (1 + A)/2. Gebruik voor een waarde x de formule x = μ + zσ.

Oppervlak links van z

Φ(z) = 1 − 0,3557 = 0,6443

Lees de z-tabel achterstevoren

Zoek 0,6443 in de tabel en lees z af.

z = 0,37

Antwoord

z = 0,37
2.Normale verdeling

Antwoord: x = 434 h

Van een oppervlak terug naar z: Φ(z) is het oppervlak links van z. Zoek voor een linkerstaartoppervlak A de z met Φ(z) = A in de tabel. Een rechterstaartoppervlak A betekent Φ(z) = 1 − A. Een centraal oppervlak A tussen −z en z laat (1 − A)/2 in elke staart over, dus Φ(z) = (1 + A)/2. Gebruik voor een waarde x de formule x = μ + zσ.

Oppervlak links

Φ(z) = 0,05

z uit de tabel

z ≈ −1,64

Terug naar de oorspronkelijke eenheden

x = 500 − 1,64·40 = 434 h

Antwoord

x = 434 h
3.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: E₂ = 6,046

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.

Verhouding van de marges

E₂/E₁ = (2,576/1,96)·√(64/64) = 1,314

Nieuwe marge

E₂ = 4,6·1,314 = 6,046

Antwoord

E₂ = 6,046
4.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: ondergrens = −8,087 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 = (6·7,5² + 8·9²)/14 = 70,39
sp = 8,39

Foutmarge

E = 2,977·8,39·√(1/7 + 1/9) = 12,59

Interval

4,5 ± 12,59 → [−8,087, 17,09]

Antwoord

ondergrens = −8,087 kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: t = −1,8

Toetsen van een gemiddelde: de toetsingsgrootheid meet hoeveel standaardfouten het steekproefgemiddelde van de waarde in H₀ af ligt: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) als σ bekend is, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) als die uit de steekproef wordt geschat. Een betrouwbaarheidsinterval is x̄ ± (kritieke waarde)·(standaardfout).

Standaardfout

SE = 10/√16 = 10/4 = 2,5

Toetsingsgrootheid

t = (495,5 − 500)/2,5 = −1,8

Antwoord

t = −1,8
t0,025; df = 15 = 2,131

|t| < 2.131, dus H₀ wordt niet verworpen op het 5%-niveau (tweezijdig).

6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: U = 215,8

Toetsen van een gemiddelde: de toetsingsgrootheid meet hoeveel standaardfouten het steekproefgemiddelde van de waarde in H₀ af ligt: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n) als σ bekend is, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n) als die uit de steekproef wordt geschat. Een betrouwbaarheidsinterval is x̄ ± (kritieke waarde)·(standaardfout).

Foutmarge

E = 2,576·15/√25 = 7,728

Intervalgrens

U = 208,1 + 7,728 = 215,8

Antwoord

U = 215,8
7.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: r = 0,9293

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.

Gecentreerde sommen

Sxy = 4298 − 100·210/5 = 98
Sxx = 2040 − 100²/5 = 40
Syy = 9098 − 210²/5 = 278

Correlatiecoëfficiënt

r = 98/√(40·278) = 0,9293

Antwoord

r = 0,9293
8.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: x = 4,947

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 = 30/5 = 6
ȳ = 125/5 = 25

Kwadraten- en productsommen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 152

Regressielijn

b = 152/40 = 3,8
a = 25 − 3,8·6 = 2,2
ŷ = 2,2 + 3,8·x

Los op naar x

x = (21 − 2,2)/3,8 = 4,947

Antwoord

x = 4,947
9.Chikwadraattoetsen

Antwoord: E = 38,76

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 = 79·79/161 = 38,76

Antwoord

E = 38,76
10.Chikwadraattoetsen

Antwoord: χ² = 10,73

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

leeftijd 18–30: 32, 48
leeftijd 31–50: 32, 48
leeftijd 51+: 32, 48

Chikwadraatgrootheid

χ² = (34 − 32)²/32 + (46 − 48)²/48 + (21 − 32)²/32 + (59 − 48)²/48 + (41 − 32)²/32 + (39 − 48)²/48
χ² = 10,73

Beslissing

df = 2, χ²crit = 5,991
10,73 > 5,991

Antwoord

χ² = 10,73

χ² ligt boven de kritieke waarde, dus H₀ wordt verworpen: de variabelen lijken samen te hangen.

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