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
25303540455055

Wyznacz odchylenie standardowe z próby s dla danych: 52, 55, 24, 45, 39.

n = 5
s =
2.Statystyka opisowaTrudny
z −2−1012

Wielkość ma rozkład normalny ze średnią 50 i odchyleniem standardowym 8. Jaka część P wartości leży poniżej 58?

μ = 50σ = 8x = 58
P =
3.PrawdopodobieństwoŚredni
czerwone: 5niebieskie: 6

W worku jest 5 kul czerwonych i 6 niebieskich. Losujesz dwie kule bez zwracania pierwszej. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że obie są czerwone?

5 / 6
P =
4.PrawdopodobieństwoTrudny
n = 7, p = 0,2: P(X ≤ 1) = ?k01234567

Testuje się 7 elementów, a każdy psuje się niezależnie z prawdopodobieństwem 0,2. Jakie jest prawdopodobieństwo P, że zepsuje się co najwyżej jeden?

n = 7p = 0,2
P =
5.Rozkład normalnyŚredni
−3−2−10123zzacieniowane pole między −z a z = 0,7063

Przeciągnij z tak, aby zacieniowane pole między −z a z pod standardową krzywą normalną wynosiło 0,7063. Znajdź z z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku.

A = 0,7063
z =
6.Rozkład normalnyTrudny
μ = 65x = ?75%

Rozkład wyników egzaminu jest normalny ze średnią 65 pkt i odchyleniem standardowym 10 pkt. Wyznacz wartość x, poniżej której leży 75% wszystkich wartości (75. percentyl).

μ = 65σ = 10P = 75%
x = pkt
7.Przedziały ufnościŚredni
n = 16, sd​ = 80LUd̄ = −0,6E = ?95%

U 16 pacjentów mierzy się ciśnienie krwi przed leczeniem i po nim. Różnice d = przed − po (mmHg) mają średnią −0,6 i odchylenie standardowe 8. Wyznacz margines błędu E przedziału ufności 95 % dla średniej różnicy.

n = 16d̄ = −0,6sd = 895%t(15) = 2,131
E = mmHg
8.Przedziały ufnościTrudny
n = 20Lσ = ?s = 1,395%

Średnice 20 toczonych wałków mają odchylenie standardowe z próby 1,3 µm. Zakładając, że średnice mają rozkład normalny, wyznacz σ: górna granica przedziału ufności 95 % dla odchylenia standardowego populacji. Przy df = 19 2,5 % rozkładu χ² leży poniżej 8,907, a 2,5 % powyżej 32,852.

n = 20s = 1,3 µmχ² = 8,907, 32,852
σ = µm
9.Testy hipotez i przedziały ufnościŚredni
2p = ?

Twierdzi się, że średnia populacji wynosi 120; odchylenie standardowe populacji jest znane i wynosi 16. Losowa próba 64 obserwacji ma średnią 124. Przetestuj H₀: μ = 120 przeciw H₁: μ > 120. Wyznacz wartość p p.

μ₀ = 120σ = 16n = 64x̄ = 124H₁: μ > μ₀
p =
10.Testy hipotez i przedziały ufnościTrudny
σ = 10, n = ?x̄ − Ex̄ + Ex̄E = 299%

Jak duża musi być próba, aby przedział ufności 99 % dla średniej miał margines błędu co najwyżej 2? Odchylenie standardowe wynosi 10. Wyznacz najmniejszą liczebność próby n.

σ = 10E = 299%
n =
11.Regresja liniowa i korelacjaŚredni
xy16451856206122732470xy20506070

Tabela podaje 5 par obserwacji x = temperatura w °C i y = liczba sprzedanych lodów. Wyznacz współczynnik determinacji r² prostej najmniejszych kwadratów.

n = 5
r² =
12.Regresja liniowa i korelacjaTrudny
xy335439542642745xy46354045ŷ = 42

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 = 42?

n = 5ŷ = 42
x =

3Roztwory

1.Statystyka opisowa

Odpowiedź: s = 12,31

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 = 215/5 = 43

Kwadraty odchyleń

Σ(x − x̄)² = 9² + 12² + (−19)² + 2² + (−4)² = 606

Odchylenie standardowe

s = √(606/4) = 12,31

Odpowiedź

s = 12,31
2.Statystyka opisowa

Odpowiedź: P = 0,8413

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 = 1

Tablica rozkładu normalnego

Φ(1) = 0,8413
P = 0,8413

Odpowiedź

P = 0,8413
3.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,1818

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.

Pierwsze i drugie losowanie

P = 5/11 · 4/10 = 20/110 = 0,1818

Odpowiedź

P = 0,1818
4.Prawdopodobieństwo

Odpowiedź: P = 0,5767

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.

Zero i jedna awaria

P(X = 0) = 0,87 = 0,2097
P(X = 1) = 7·0,2·0,86 = 0,367

Dodaj

P = 0,2097 + 0,367 = 0,5767

Odpowiedź

P = 0,5767
5.Rozkład normalny

Odpowiedź: z = 1,05

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 na lewo od z

Φ(z) = (1 + 0,7063)/2 = 0,8531

Czytaj tablicę z wstecz

Znajdź 0,8531 wewnątrz tablicy i odczytaj z.

z = 1,05

Odpowiedź

z = 1,05
6.Rozkład normalny

Odpowiedź: x = 71,75 pkt

Rozkład normalny: zamień wartość x na wynik z, z = (x − μ)/σ, który mówi, o ile odchyleń standardowych wartość leży od średniej. Tablica rozkładu normalnego (czyli Φ(z)) podaje pole na lewo od z, czyli P(X < x). Pole na prawo to 1 − Φ(z), a pole między dwiema wartościami to różnica ich dwóch pól.

z dla percentyla

Φ(z) = 0,75 → z = 0,6745

Powrót do x

x = 65 + 0,6745·10 = 71,75 pkt

Odpowiedź

x = 71,75 pkt
7.Przedziały ufności

Odpowiedź: E = 4,262 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.

Wartość krytyczna

df = 15, t = 2,131

Margines błędu

E = 2,131·8/√16 = 4,262

Odpowiedź

E = 4,262 mmHg
8.Przedziały ufności

Odpowiedź: σ = 1,899 µm

Przedział dla wariancji: (n − 1)s²/σ² ma rozkład χ² z n − 1 stopniami swobody. Przedział 95 % dla σ² rozciąga się od (n − 1)s² podzielonego przez górną wartość χ² (2,5 % powyżej niej) do (n − 1)s² podzielonego przez dolną wartość χ² (2,5 % poniżej niej); przedział dla σ to pierwiastki z obu granic. Nie jest on symetryczny względem s.

Suma kwadratów

(n − 1)s² = 19·1,3² = 32,11

Granice dla σ²

32,11/32,852 = 0,9774
32,11/8,907 = 3,605

Granica dla σ

σ = √3,605 = 1,899 µm

Odpowiedź

σ = 1,899 µm

Przedział 95 % dla σ: [0,9886, 1,899] µm.

9.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: p = 0,02275

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.

Statystyka testowa

SE = σ/√n = 16/√64 = 2
z = (124 − 120)/2 = 2

Pole ogona

Φ(2) = 0,9772
1 − Φ(2) = 0,0228

Wartość p

p = 0,02275

Odpowiedź

p = 0,02275

p ≤ 0,05, więc H₀ odrzuca się na poziomie 5 %.

10.Testy hipotez i przedziały ufności

Odpowiedź: n = 166

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).

Wyznacz n

n = (2,576·10/2)² = 165,9

Zaokrąglij w górę

n = 166

Odpowiedź

n = 166
11.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: r² = 0,8872

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 = 100/5 = 20
ȳ = 305/5 = 61

Sumy kwadratów i iloczynów

Sxx = Σ(x − x̄)² = 40
Sxy = Σ(x − x̄)(y − ȳ) = 134
Syy = Σ(y − ȳ)² = 506

Współczynnik determinacji

r² = 134²/(40·506) = 0,8872

Odpowiedź

r² = 0,8872

Około 88,72% zmienności y jest wyjaśnione przez prostą.

12.Regresja liniowa i korelacja

Odpowiedź: x = 5,609

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 = 25/5 = 5
ȳ = 203/5 = 40,6

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 = 40,6 − 2,3·5 = 29,1
ŷ = 29,1 + 2,3·x

Wyznacz x

x = (42 − 29,1)/2,3 = 5,609

Odpowiedź

x = 5,609

ExamProblems · examproblems.com/courses/statistics-1