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
25,135P = ?

De levertijden zijn normaal verdeeld met gemiddelde 32 min en standaardafwijking 6 min. Welk deel ligt tussen 25,1 en 35 min? Geef P als decimaal getal.

μ = 32σ = 6x1 = 25,1x2 = 35
P =
2.Normale verdelingMoeilijk
μ = 32x = ?10%

De levertijden zijn normaal verdeeld met gemiddelde 32 min en standaardafwijking 6 min. Bereken de waarde x waaronder 10% ervan ligt (het 10e percentiel).

μ = 32σ = 6P = 10%
x = min
3.BetrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
n = 30, s = 13,5L = ?Ux̄ = 63,5E99%

Een steekproef van 30 items heeft gemiddelde 63,5 en standaardafwijking s = 13,5. De populatie is bij benadering normaal verdeeld. Bereken de ondergrens van het 99%-betrouwbaarheidsinterval voor het gemiddelde.

n = 30x̄ = 63,5s = 13,599%t(29) = 2,756
ondergrens =
4.BetrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
μ₁ − μ₂, t(24) = 2,0640L = ?Ux̄₁ − x̄₂E95%

Twee kunstmeststoffen worden getest. Groep 1: 14 proefvelden, gemiddelde opbrengst 85,5 kg, standaardafwijking 6,5 kg. Groep 2: 12 proefvelden, gemiddelde 84,5 kg, standaardafwijking 4,5 kg. Neem gelijke varianties aan (gepoolde t, df = n₁ + n₂ − 2). Bereken de ondergrens van het 95%-betrouwbaarheidsinterval voor μ₁ − μ₂.

n₁ = 14x̄₁ = 85,5s₁ = 6,5n₂ = 12x̄₂ = 84,5s₂ = 4,595%t(24) = 2,064
ondergrens = kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenGemiddeld
1,9p = ?

Van een populatie wordt beweerd dat het gemiddelde 500 is; de standaardafwijking van de populatie is bekend en is 3. Een aselecte steekproef van 36 waarnemingen heeft een gemiddelde van 500,95. Toets H₀: μ = 500 tegen H₁: μ > 500. Bereken de p-waarde p.

μ₀ = 500σ = 3n = 36x̄ = 500,95H₁: μ > μ₀
p =
6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallenMoeilijk
H₀H₁μ₀x̄cμ₀ + 1α = 0,01βσ = 5, onderscheidend vermogen 95%, n = ?

Een eenzijdige z-toets bij α = 0,01 moet een verschuiving van het gemiddelde van 1 eenheden ontdekken met een onderscheidend vermogen van 95 %. De standaardafwijking is 5. Bereken de minimale steekproefomvang n.

α = 0,01onderscheidend vermogen = 95%δ = 1σ = 5zα = 2,326zβ = 1,645
n =
7.Lineaire regressie en correlatieGemiddeld
xy244453662880108912101xy510406080100

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

n = 6Σx = 42Σy = 429Σx² = 364Σy² = 33111Σxy = 3414
r =
8.Lineaire regressie en correlatieMoeilijk
xy244463668874109112104xy510406080100x = 9

De tabel geeft 6 gepaarde waarnemingen van x = aantal uren gestudeerd en y = tentamencijfer. Gebruik de kleinstekwadratenlijn ŷ = a + b·x. Er wordt een nieuwe waarneming (9, 90) gedaan. Bereken het residu e = y − ŷ.

n = 6(9, 90)
e =
9.ChikwadraattoetsenGemiddeld
geen defectkleingrootTotaaldagdienst11333276nachtdienst13204174Totaal245373150

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

rijtotaal = 74kolomtotaal = 24N = 150
E =
10.ChikwadraattoetsenMoeilijk
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

Een chikwadraat-aanpassingstoets vergelijkt waargenomen aantallen in 6 categorieën met volledig gespecificeerde verwachte verhoudingen (er worden geen parameters uit de data geschat). Zoek met de tabel de kritieke waarde χ²crit bij significantieniveau α = 0,05.

α = 0,05
χ²crit =

3Oplossingen

1.Normale verdeling

Antwoord: P = 0,5664

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 = (25,1 − 32)/6 = −1,15
z₂ = (35 − 32)/6 = 0,5

Oppervlakte ertussen

P = Φ(0,5) − Φ(−1,15) = 0,6915 − 0,1251 = 0,5664

Antwoord

P = 0,5664
2.Normale verdeling

Antwoord: x = 24,31 min

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) = 0,1 → z = −1,282

Terug naar x

x = 32 + −1,282·6 = 24,31 min

Antwoord

x = 24,31 min
3.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: ondergrens = 56,71

Betrouwbaarheidsinterval voor een gemiddelde: x̄ ± foutmarge. Met een bekende populatie-σ is de marge z·σ/√n; heb je alleen de steekproefstandaardafwijking s, gebruik dan t met n − 1 vrijheidsgraden: t·s/√n. Kritieke waarden: z = 1,645 (90%), 1,96 (95%), 2,576 (99%). Voor een marge van E of kleiner heb je n ≥ (z·σ/E)² nodig, naar boven afgerond.

Kritieke waarde

df = n − 1 = 29, t = 2,756

Foutmarge

E = 2,756·13,5/√30 = 6,793

Interval

63,5 ± 6,793 → [56,71, 70,29]

Antwoord

ondergrens = 56,71
4.Betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: ondergrens = −3,605 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 = (13·6,5² + 11·4,5²)/24 = 32,17
sp = 5,672

Foutmarge

E = 2,064·5,672·√(1/14 + 1/12) = 4,605

Interval

1 ± 4,605 → [−3,605, 5,605]

Antwoord

ondergrens = −3,605 kg
5.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: p = 0,02872

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.

Toetsingsgrootheid

SE = σ/√n = 3/√36 = 0,5
z = (500,95 − 500)/0,5 = 1,9

Staartoppervlakte

Φ(1,9) = 0,9713
1 − Φ(1,9) = 0,0287

p-waarde

p = 0,02872

Antwoord

p = 0,02872

p ≤ 0,05, dus H₀ wordt verworpen op het 5%-niveau.

6.Hypothesetoetsen & betrouwbaarheidsintervallen

Antwoord: n = 395

Steekproefomvang voor een toets: om een werkelijke verschuiving δ te ontdekken met onderscheidend vermogen 1 − β in een eenzijdige z-toets bij niveau α, moet de standaardfout voldoen aan δ = (z_α + z_β)·σ/√n, dus n = ((z_α + z_β)·σ/δ)², naar boven afgerond.

n oplossen

n = ((2,326 + 1,645)·5/1)² = 394,2

Naar boven afronden

n = 395

Antwoord

n = 395
7.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: r = 0,995

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 = 3414 − 42·429/6 = 411
Sxx = 364 − 42²/6 = 70
Syy = 33111 − 429²/6 = 2438

Correlatiecoëfficiënt

r = 411/√(70·2438) = 0,995

Antwoord

r = 0,995
8.Lineaire regressie en correlatie

Antwoord: e = 4,857

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 = 42/6 = 7
ȳ = 444/6 = 74

Kwadraten- en productsommen

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 390

Regressielijn

b = 390/70 = 5,571
a = 74 − 5,571·7 = 35
ŷ = 35 + 5,571·x

Voorspelde waarde

ŷ = 35 + 5,571·9 = 85,14

Residu

e = 90 − 85,14 = 4,857

Antwoord

e = 4,857

Het punt ligt boven de lijn.

9.Chikwadraattoetsen

Antwoord: E = 11,84

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 = 74·24/150 = 11,84

Antwoord

E = 11,84
10.Chikwadraattoetsen

Antwoord: χ²crit = 11,07

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.

Vrijheidsgraden

df = 6 − 1 = 5

Tabel

χ²crit(df = 5, α = 0,05) = 11,070

Antwoord

χ²crit = 11,070

Verwerp H₀ als de berekende χ² groter is dan deze waarde.

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