Wstęp do statystyki: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 12 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Statystyka opisowa

Średnia
x̄ = Σx/n
Odchylenie standardowe z próby
s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1))
Mediana
środkowa wartość uporządkowanych danych
Wynik z
z = (x − μ)/σ
Rozkład normalny
68% w zakresie ±1σ, 95% w zakresie ±2σ

Prawdopodobieństwo

Zdarzenie przeciwne
P(not A) = 1 − P(A)
Reguła dodawania
P(A ∪ B) = P(A) + P(B) − P(A ∩ B)
Zdarzenia niezależne
P(A ∩ B) = P(A)·P(B)
Prawdopodobieństwo warunkowe
P(A|B) = P(A ∩ B)/P(B)
Rozkład dwumianowy
P(X = k) = C(n,k)·pk(1 − p)n−k

Rozkład normalny

Wynik z
z = (x − μ)/σ
Poniżej x
P(X < x) = Φ(z)
Powyżej x
P(X > x) = 1 − Φ(z)
Pomiędzy
Φ(z2) − Φ(z1)
Percentyl
x = μ + z·σ

Metoda

  1. Zamień wartość na wynik standaryzowany: z = (x − μ)/σ.
  2. Odczytaj Φ(z), pole na lewo od z.
  3. Dla pola na prawo użyj 1 − Φ(z); dla przedziału odejmij dwa pola lewostronne.
  4. Dla percentyla licz wstecz: wyznacz z dla pola, a potem x = μ + z·σ.

Przedziały ufności

σ znane
x̄ ± z·σ/√n
σ nieznane
x̄ ± t·s/√n, df = n − 1
Wartość krytyczna z
90%: 1,645, 95%: 1,96, 99%: 2,576
Liczebność próby
n = (z·σ/E)², rounded up

Metoda

  1. Wybierz między z (znane σ populacji) a t (tylko s z próby, z n − 1 stopniami swobody).
  2. Wyznacz wartość krytyczną dla poziomu ufności.
  3. Margines błędu: E = wartość krytyczna × odchylenie standardowe/√n.
  4. Przedział: x̄ ± E.

Testy hipotez i przedziały ufności

Test z dla średniej
z = (x̄ − μ0)/(σ/√n)
Test t dla średniej
t = (x̄ − μ0)/(s/√n), df = n − 1
Dwustronny na poziomie 5%
odrzuć H0, jeśli |z| > 1,96
Przedział ufności
x̄ ± z·σ/√n

Metoda

  1. Sformułuj H₀ i H₁ i ustal, czy test jest jednostronny, czy dwustronny.
  2. Oblicz statystykę testową: (x̄ − μ₀)/(σ/√n) albo z s i t.
  3. Porównaj z wartością krytyczną albo wyznacz wartość p.
  4. Odrzuć H₀, jeśli statystyka przekracza wartość krytyczną (p poniżej α), i sformułuj wniosek słowami.

Regresja liniowa i korelacja

Sumy kwadratów
Sxx = Σ(x − x̄)² = Σx² − (Σx)²/n, Sxy = Σxy − ΣxΣy/n
Współczynnik kierunkowy
b = Sxy/Sxx
Wyraz wolny
a = ȳ − b·x̄
Korelacja
r = Sxy/√(SxxSyy)
Reszta
e = y − ŷ

2Zadania do ćwiczenia

1.Statystyka opisowaŚredni
101520253035404550

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 41, 38, 40, 54, 10, 25.

n = 6
s =
2.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 500 i odchyleniem standardowym 60. Jaka część P wartości leży poniżej 536?

μ = 500σ = 60x = 536
P =
3.PrawdopodobieństwoŚredni
xp(x)00,110,2520,230,340,15μ = 2,15

Dla pokazanego rozkładu wyznacz odchylenie standardowe σ zmiennej X.

x: 0, 1, 2, 3, 4p(x): 0,1, 0,25, 0,2, 0,3, 0,15
σ =
4.PrawdopodobieństwoTrudny
n = 10, p = 0,3: P(X = 3) = ?k012345678910

Test ma 10 pytań wielokrotnego wyboru. Studentka, która zgaduje, odpowiada poprawnie na każde z prawdopodobieństwem 0,3, niezależnie. Jakie jest prawdopodobieństwo P dokładnie 3 poprawnych odpowiedzi?

n = 10p = 0,3k = 3
P =
5.Rozkład normalnyŚredni
200 mm200,4 mmX + Y?

X ma rozkład normalny ze średnią 120 mm i odchyleniem standardowym 0,3 mm; zmienna Y jest niezależna i ma rozkład normalny ze średnią 80 mm i odchyleniem standardowym 0,4 mm. Wyznacz prawdopodobieństwo P, że X + Y jest większe niż 200,4 mm. Zaokrąglij z do dwóch miejsc po przecinku.

μX = 120, σX = 0,3μY = 80, σY = 0,4X + Y > 200,4 mm
P =
6.Rozkład normalnyTrudny
557085100115130145pktdół 15%

Rozkład wyników testu IQ jest normalny ze średnią 100 pkt i odchyleniem standardowym 15 pkt. Przeciągnij wartość graniczną tak, aby zacieniowane dolne 15% leżało na lewo od niej. Znajdź wartość graniczną x.

μ = 100 pktσ = 15 pkt15%
x = pkt
7.Przedziały ufnościŚredni
x̄E₁ = 8,699%, n = 36x̄E₂ = ?95%, n = 36

Przedział ufności 99 % dla średniej, oparty na 36 obserwacjach i znanym σ, ma margines błędu 8,6. Jaki jest margines błędu E₂ przedziału 95 % z tych samych danych?

99%n₁ = 36E₁ = 8,695%
E₂ =
8.Przedziały ufnościTrudny
μ₁ − μ₂, t(24) = 1,7110LU = ?x̄₁ − x̄₂E90%

Testuje się dwa nawozy. Grupa poletek 1: 7 poletek, średni plon 98 kg, odchylenie standardowe 8,5 kg. Grupa poletek 2: 19 poletek, średnia 91,5 kg, odchylenie standardowe 6,5 kg. Załóż równe wariancje (łączne t, df = n₁ + n₂ − 2). Wyznacz górną granicę przedziału ufności 90 % dla μ₁ − μ₂.

n₁ = 7x̄₁ = 98s₁ = 8,5n₂ = 19x̄₂ = 91,5s₂ = 6,590%t(24) = 1,711
górna granica = kg
9.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
t −2,0302,03

Próba 36 studentów ma średni wynik 98,5 i odchylenie standardowe z próby 10. Wyznacz statystykę testową t dla H₀: μ = 100.

μ₀ = 100x̄ = 98,5s = 10n = 36
t =
10.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
μ₀x̄c

Jednostronny test z dla H₀: μ = 200 przeciw H₁: μ < 200 przeprowadza się na poziomie α = 0.05 na próbie o liczebności 36; odchylenie standardowe jest znane i wynosi 12. W rzeczywistości średnia wynosi 193.2. Wyznacz moc 1 − β testu w procentach.

μ₀ = 200μ = 193,2σ = 12n = 36α = 0,05
1 − β = %
11.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy1253395447579651170xy5104060

Tabela podaje 6 par obserwacji x = wydatki na reklamę w tys. € i y = sprzedaż w tys. €. Wyznacz współczynnik korelacji Pearsona r.

n = 6
r =
12.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy232337436540642xy2463540ŷ = 36

Tabela podaje 5 par obserwacji x = wydatki na reklamę w tys. € i y = sprzedaż w tys. €. Użyj prostej najmniejszych kwadratów ŷ = a + b·x. Dla jakiej wartości x prosta przewiduje ŷ = 36?

n = 5ŷ = 36
x =

3Roztwory

1.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 15,2

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Średnia

x̄ = 208/6 = 34,67

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 6,333² + 3,333² + 5,333² + 19,33² + (−24,67)² + (−9,667)² = 1155

Odchylenie standardowe

s = √(1155/5) = 15,2

Odpowiedź

s = 15,2
2.Statystyka opisowa

Odpowiedź: P = 0,7257

Statystyka opisowa: średnia to suma podzielona przez n; mediana to środkowa wartość uporządkowanych danych (średnia dwóch środkowych, gdy n jest parzyste). Odchylenie standardowe z próby to s = √(Σ(x − x̄)²/(n − 1)). Wynik z = (x − μ)/σ mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej.

Standaryzuj

z = 0,6

Tablica rozkładu normalnego

Φ(0,6) = 0,7257
P = 0,7257

Odpowiedź

P = 0,7257
3.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: σ = 1,236

Dyskretne zmienne losowe: rozkład prawdopodobieństwa wymienia każdą wartość x, jaką może przyjąć zmienna, wraz z jej prawdopodobieństwem p(x); prawdopodobieństwa mieszczą się między 0 a 1 i sumują się do 1. Wartość oczekiwana (średnia) to E(X) = Σx·p(x), średnia w długim okresie. Wariancja to Var(X) = Σ(x − μ)²·p(x) = E(X²) − μ², a odchylenie standardowe σ = √Var(X). Dla zmiany liniowej Y = aX + b: E(Y) = a·E(X) + b, Var(Y) = a²·Var(X) i σY = |a|·σX; dodanie stałej nie zmienia rozrzutu.

Średnia

μ = 0·0,1 + 1·0,25 + 2·0,2 + 3·0,3 + 4·0,15 = 2,15

Średnia kwadratów

E(X²) = 0·0,1 + 1·0,25 + 4·0,2 + 9·0,3 + 16·0,15 = 6,15

Wariancja

Var(X) = 6,15 − 2,15² = 1,528
σ = √1,528 = 1,236

Odpowiedź

σ = 1,236
4.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,2668

Prawdopodobieństwo: przy jednakowo prawdopodobnych wynikach P(A) = sprzyjające/wszystkie. Dla zdarzeń niezależnych mnożymy: P(A i B) = P(A)·P(B). Często pomaga zdarzenie przeciwne: P(co najmniej jedno) = 1 − P(żadne). Rozkład dwumianowy: w n niezależnych próbach z prawdopodobieństwem sukcesu p, P(X = k) = C(n, k)·pᵏ·(1 − p)ⁿ⁻ᵏ.

Wzór dwumianowy

P(X = 3) = 120·0,33·0,77 = 120·0,027·0,08235 = 0,2668

Odpowiedź

P = 0,2668
5.Rozkład normalny

Odpowiedź: P = 0,2119

Sumy i różnice zmiennych normalnych: jeśli X i Y są niezależne i mają rozkład normalny, to X + Y i X − Y również mają rozkład normalny. Średnie dodają się lub odejmują: E(X ± Y) = μX ± μY. Wariancje zawsze się dodają, także dla różnicy: Var(X ± Y) = σX² + σY², więc σ = √(σX² + σY²). Odchylenia standardowe nigdy nie dodają się bezpośrednio. Suma n niezależnych elementów o tym samym rozkładzie ma średnią n·μ i odchylenie standardowe σ·√n. Potem standaryzuj jak zwykle: z = (x − średnia)/σ i odczytaj Φ(z).

Rozkład sumy

μ = 200 mm, σ = √(0,3² + 0,4²) = 0,5 mm

Standaryzuj

z = (200,4 − 200)/0,5 = 0,8

Górny ogon

P = 1 − Φ(0,8) = 1 − 0,7881 = 0,2119

Odpowiedź

P = 0,2119
6.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 84,4 pkt

Od pola z powrotem do z: Φ(z) to pole na lewo od z. Dla pola lewego ogona A znajdź w tablicy z, dla którego Φ(z) = A. Pole prawego ogona A oznacza Φ(z) = 1 − A. Pole środkowe A między −z a z zostawia (1 − A)/2 w każdym ogonie, więc Φ(z) = (1 + A)/2. Dla wartości x użyj x = μ + zσ.

Pole po lewej

Φ(z) = 0,15

z z tablicy

z ≈ −1,04

Z powrotem do pierwotnych jednostek

x = 100 − 1,04·15 = 84,4 pkt

Odpowiedź

x = 84,4 pkt
7.Przedziały ufności

Odpowiedź: E₂ = 6,543

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.

Stosunek marginesów

E₂/E₁ = (1,96/2,576)·√(36/36) = 0,7609

Nowy margines

E₂ = 8,6·0,7609 = 6,543

Odpowiedź

E₂ = 6,543
8.Przedziały ufności

Odpowiedź: górna granica = 11,84 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.

Łączne odchylenie standardowe

sp² = (6·8,5² + 18·6,5²)/24 = 49,75
sp = 7,053

Margines błędu

E = 1,711·7,053·√(1/7 + 1/19) = 5,336

Przedział

6,5 ± 5,336 → [1,164, 11,84]

Odpowiedź

górna granica = 11,84 kg
9.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: t = −0,9

Test dla średniej: statystyka testowa mierzy, o ile błędów standardowych średnia z próby leży od wartości z H₀: z = (x̄ − μ₀)/(σ/√n), gdy σ jest znane, t = (x̄ − μ₀)/(s/√n), gdy szacuje się je z próby. Przedział ufności to x̄ ± (wartość krytyczna)·(błąd standardowy).

Błąd standardowy

SE = 10/√36 = 10/6 = 1,667

Statystyka testowa

t = (98,5 − 100)/1,667 = −0,9

Odpowiedź

t = −0,9
t0,025; df = 35 = 2,03

|t| < 2.03, więc nie ma podstaw do odrzucenia H₀ na poziomie 5 % (test dwustronny).

10.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: 1 − β = 96,04 %

Moc testu: moc = 1 − β to prawdopodobieństwo odrzucenia H₀, gdy jest ona fałszywa. Wyznacz próg x̄c z μ₀ i z_α, a potem oblicz prawdopodobieństwo znalezienia się poza x̄c przy prawdziwej średniej: z = (x̄c − μ)/(σ/√n).

Krytyczna średnia z próby

SE = 12/√36 = 2
x̄c = 200 − 1,645·2 = 196,7

z przy prawdziwej średniej

z = (196,7 − 193,2)/2 = 1,755

Moc

moc = P(Z < 1.755) = 96.04%
1 − β = 96,04%

Odpowiedź

1 − β = 96,04%
11.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r = 0,9898

Regresja metodą najmniejszych kwadratów: przy średnich x̄ i ȳ oraz Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² i Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) prosta ŷ = a + b·x ma współczynnik kierunkowy b = Sxy/Sxx i wyraz wolny a = ȳ − b·x̄, więc zawsze przechodzi przez punkt (x̄, ȳ). Współczynnik korelacji Pearsona r = Sxy/√(Sxx·Syy) leży między −1 a 1; r² to część zmienności y wyjaśniona przez prostą.

Średnie

x̄ = 36/6 = 6
ȳ = 300/6 = 50

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 70
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 316
Syy = Σ(y − ȳ)² = 1456

Współczynnik korelacji

r = 316/√(70·1456) = 0,9898

Odpowiedź

r = 0,9898
12.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: x = 3,391

Regresja metodą najmniejszych kwadratów: przy średnich x̄ i ȳ oraz Sxx = Σ(x − x̄)², Syy = Σ(y − ȳ)² i Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) prosta ŷ = a + b·x ma współczynnik kierunkowy b = Sxy/Sxx i wyraz wolny a = ȳ − b·x̄, więc zawsze przechodzi przez punkt (x̄, ȳ). Współczynnik korelacji Pearsona r = Sxy/√(Sxx·Syy) leży między −1 a 1; r² to część zmienności y wyjaśniona przez prostą.

Średnie

x̄ = 20/5 = 4
ȳ = 187/5 = 37,4

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 10
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 23

Prosta regresji

b = 23/10 = 2,3
a = 37,4 − 2,3·4 = 28,2
ŷ = 28,2 + 2,3·x

Wyznacz x

x = (36 − 28,2)/2,3 = 3,391

Odpowiedź

x = 3,391

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1